知っておきたいキーワード
Keywords you should know.

第 142 回瞳 孔慧†

金成†宇都宮大学 工学部"Pupil" by Kei Kanari (Faculty of Engineering, Utsunomiya University, Tochigi)
キーワード：対光反射，メンタルエフォート，覚醒度，瞳孔模倣，視覚的注意，ヒューマンマシンインタフェース

光学的機能

す．そのため，日本など太陽光の強いる瞳孔の大きさは約 3 mm です．

地域の人の色素量は多く，虹彩は黒や瞳孔には光量の調整以外にも，網膜眼の虹彩に囲まれた孔の部分を瞳孔茶色に見え，北ヨーロッパなど太陽光に映る像のボケを減少させる機能もあといいます．ここから外界の光が入り，の弱い地域の人の色素量は少なく，虹ります．例えば，近い対象を見るときそれが網膜・脳などで処理されること彩は青や灰色に見えます．に瞳孔が収縮することで被写界深度をで，いま皆さんが見ている視覚世界が瞳孔のよく知られた機能は，明るい深め，ボケを減少させます（近見反応）．

生じます．網膜からの反射光は光源のところで収縮し網膜に到達する光の量

また，錐体が機能するのに充分明るい位置にしか戻らないため，瞳孔は私たを調整する対光反射だと思います．瞳レベル（明所視）において，瞳孔が収ちには黒く見えます．虹彩にはメラニ

孔の大きさは虹彩にある 2 つの平滑筋縮することで，色収差（光の波長ごとン色素があり，その重なり具合が虹彩（瞳孔括約筋，瞳孔散大筋）によってに屈折率が異なるため，焦点位置が変の模様（虹彩紋理）となります．また，調整されます．瞳孔の反応には個人差化する現象収差）や球面収差（光が光メラニン色素は太陽からの紫外線を吸がありますが，直径は 1.5 〜 9 mm の軸に平行に入射したとき，光軸から離収することで細胞を守る役割があり，範囲で変化し，約 200 ms で刺激に反れるほど焦点からずれる現象）による色素の量によって虹彩の色が変わりま応します．標準的な照明環境下におけボケを減少させます．

醒度）の影響を受けることが多くの研究で示されています．

瞳孔（pupil）という言葉は，相手の例えば，瞳孔は物理的な光の量だけ眼に映る little doll（小さな人形） をではなく，知覚的な明るさに対応して意味するラテン語の pupilla に由来変化することが示されています 1）．図1

し ま す ． 古 代 か ら ，「 眼 は 魂 の 鏡下に構成要素はまったく同じで，要素（ローマ帝国政治家キケロ）」，「眼に心の配置が異なる 4 種類の画像を示しまは宿る（ローマ帝国博物学者プリニウす．B，C，D の画像と比べて，A の画ス）」という言葉があるように，眼は像は中心が明るく輝いて見えると思いヒトの内部状態を反映すると考えられます．これらの画像を見たときの瞳孔てきました．実際に，瞳孔はさまざまの大きさを図 1 上に示します．図 1 かな認知プロセス（知覚，認知負荷，覚ら，4 種類の画像は物理的には映像情報メディア学会誌 Vol. 75, No. 4, pp. 512 〜 514（2021）

0瞳孔の変化（mm）

認知プロセスとの関連

−0.5
−1.0
−1.5
−2.0−2.5
ABCD

図 1 知覚的明るさと瞳孔の関係（文献 1）を改変）（59） 512

知っておきたいキーワード

同じ輝度（眼に入射する光の量認知負荷に関して，タスク難易度が醒度に関しては，観察者が興味のあるは同じ）であるにもかかわらず，明る上がると瞳孔が散大します 3）．例えば，対象に対して瞳孔は散大します 4）．例え

いと知覚される画像 A を見たときに最被験者は1秒おきに呈示される1桁の数

ば，風景画像よりも異性の画像に対しも瞳孔が収縮していることがわかりま

字を覚えて報告します．覚える数が3個て散大し，空腹な人は食べ物の画像にす．眼球運動の解析から，視線位置のから7個に増えるにしたがって瞳孔はよ対して満腹な人よりも散大します．し輝度と瞳孔反応に関連がないことも示

り散大し，その散大は報告前にピークたがって，瞳孔を測定することで，人されています．さらに驚くべきことに，に達し，報告が終わると縮瞳し始めまの興味対象を推定できる可能性があり視覚刺激がない場合でも，明るい刺激した．このことから，瞳孔は認知制御ます．

を想像しただけで瞳孔が収縮すること

におけるエフォートの間接的な指標とも報告されています 2）．

して利用できることが示されます．覚

瞳孔模倣

写真に対して，より大きい散瞳が生じ散大する人を観察すると，相手に対すました．瞳孔散大は，その人と対面しる投資額が増加し（図 2 右グラフの青

瞳孔は人の内部状態を反映するたている人に対する好意（興味）を示しバー），被験者の瞳孔も散大しました

め，それをコミュニケーションのツーていると解釈され，自身の瞳孔を散大（図 2 中央グラフの青バー）．また，こルとして用いることで，社会集団の繁させることで，好意を抱いてくれる人の瞳孔散大の模倣度合いと投資額は内栄に貢献してきた可能性が示唆されてに対して好意を返している（好意の返集団（同じ人種）においてのみ正の相います．そのエビデンスとして，瞳孔報性）のではないかと考えられます．

関が見られました．さらに，人とチン模倣という現象があります．Simms

瞳孔模倣は他者に対する信頼の指標

パンジーにおいて，同種の瞳孔散大には，同一男性・同一女性の瞳孔の大きとしても用いられます 6）．Kret らは，対してのみ模倣が生じた 7）ことから，さがそれぞれ異なる写真 4 枚に対するパートナーの瞳孔が散大・静止・縮小

瞳孔模倣のメカニズムは系統発生的に瞳孔反応を測定しました 5）．その結果，する動画を観察した後，その相手に対古く，種間で共有されている可能性が男性被験者は瞳孔の大きい女性の写真して投資するかどうか決定する実験をあります．に，女性被験者は瞳孔の大きい男性のしました（図 2 左）．その結果，瞳孔がパートナーの瞳孔サイズ3,500 ms

散大固視（500 ms）

5.0

0.05
＊＊

静止

＊

縮瞳

1,000 ms＊＊

投資額（€）

時間

1,500 ms＊

被験者の瞳孔サイズ（mm）

1,500 ms

投資決定（€0 or €5）0.00

投資実験の流れ

−0.01

0.0

図 2 瞳孔模倣と信頼性の関係（文献 6）を改変）

視覚的注意に基づいたヒュー
マンマシンインタフェースへの応用さに対応して変化することが明らかに教示された方向の円に注意を向けまなっています 8）．図 3（a）のように，す．その結果，白い円に注意を向けた

画面中央に固視点と注意を向ける方向

ときの瞳孔は黒い円よりも収縮しましを示す手がかりが始めに呈示され，そた（図 3（b），黒線が黒い円，白線が白

瞳孔は視線位置の明るさだけでなの後，その左右に白と黒の円が呈示さい円に対する瞳孔反応）．

く，視覚的に注意を向けた位置の明るれます．被験者は固視点を見たまま，513 （60）

映像情報メディア学会誌 Vol. 75, No. 4（2021）

瞳孔

近年，この注意と瞳孔の関係にがあるため，ユーザの目に大きな負担だし，キーボードなどによる文字入力基づいた非接触文字入力装置の開発がをかけるという問題点がありました．と比べると，やはり入力時間が遅いた

検討され始めています．これまでの非Mathôt らは，視線を動かさずに注意

め，身体が不自由な高齢者や閉じ込め接触型文字入力装置は，視線を入力しだけで文字入力が可能な手法を提案し症候群などの障害者のためのコミュニたい文字の上に持ってくることで入力ました 9）．その原理は，同心円上に文ケーションツールや，昨今の新型コロを決定していました．そのため，大き字を配置し，文字の背景輝度を周期的ナウィルスなどへの感染症予防の非接な入力画面が必要であり，視線を常にに変化させ，瞳孔反応から注意を向け触入力ツールとしての活用が期待され動かし，入力決定の際に凝視する必要た文字を推定するというものです．たます．

2s

6s
timecueon

disks
on

disks
off

10−1Inter-trial interval：2s0246810

文

献眼の位置（deg）

64
20−2−4−6

瞳孔の変化（mm/10）Attention

時間（秒）
（a）

（b）
図 3 注意と瞳孔の関係

参むすび
瞳孔は人の意識では制御できない無意識的な反応であることから，注考

1）B. Laeng and T. Endestad: "Bright illusions reduce the eye's pupil", Proceedings of the National
Academy of Sciences, 109, 6, pp.2162-2167 (2012)2）B. Laeng and U. Sulutvedt: "The eye pupil adjusts to imaginary light", Psychological science, 25,

意状態や内部状態を推定するのに信1, pp.188-197 (2014)3）D. Kahneman and J. Beatty: "Pupil diameter and load on memory", Science, 154, 3756, pp.1583-1585 (1966)

頼性が高い指標の一つであると考え

4）E.H. Hess and J.M. Polt: "Pupil size as related to interest value of visual stimuli", Science, 132,

られます．また，生理学的手法（EEG，3423, pp.349-350 (1960)
5）T.M. Simms: "Pupillary response of male and female subjects to pupillary difference in male andfemale picture stimuli", Perception & Psychophysics, 2, 11, pp.553-555 (1967)

fMRI，MEG）と比べて，トレーニン
グがいらない，非侵襲性である，安価・容易に測定できるなど，さまざ
まな利点があります．そのため，これからの新たな障害診断やヒューマンマシンインタフェースのツールとして大いに期待されます．
（2021 年 3 月 17 日受付）

6）M.E. Kret, A.H. Fischer and C.K. De Dreu: "Pupil mimicry correlates with trust in in-group
partners with dilating pupils", Psychological science, 26, 9, pp.1401-1410 (2015)7）M.E. Kret, M. Tomonaga and T. Matsuzawa: "Chimpanzees and humans mimic pupil-size ofconspecifics", PLoS One, 9, 8, e104886 (2014)8）P. Binda, M. Pereverzeva and S.O. Murray: "Attention to bright surfaces enhances the pupillary
light reflex", Journal of Neuroscience, 33, 5, pp.2199-2204 (2013)9）S. Math̲t, J.B. Melmi, L. Van Der Linden and S. Van der Stigchel: "The mind-writing pupil: A
human-computer interface based on decoding of covert attention through pupillometry", PloS
one, 11, 2, e0148805 (2016)

か な り

金成けい慧

2014 年，東京工業大学大学院総合理工学研究科博士課程修了．
2015年，東京工業大学研究員．2017年，玉川大学脳科学研究所嘱託研究員．2020年，宇都宮大学工学部助教となり，現在に至る．専門は視覚心理物理学．主に眼球運動，瞳孔反応に関する研究に従事．博士（工学）．

（61） 514