マクロレンズの世界　vol.11　視覚認識（1/2）基礎　－視覚認識の３段階

瀬戸裕紀

2026年1月17日 00:51

※ 7500字あります。

※ 複数の号に分けて、概念を取得しながら、順番に論を進めます。
　本号が登山口です。

視覚認識の基礎

はじめに

本記事の内容は、高校生物で扱う「眼のしくみ」と一部が重なっています。

高校生物では、学生が自力で確かめやすいところを扱います。
僕が高校生のときは、ウシの眼球の解剖をやりました。
ウシの眼球は大きいので、肉眼でも眼の構造を調べることができます。

最近は、解剖実習を省略する学校が多くなったと聞きます。
皆さん、大丈夫ですか？
座学で覚えた情報は、嘘八百のコンコンチキかもしれませんよ？

授業では、実験や観察を行うのが難しい場合、
その知見が、どのような実験・観察を通して得られたかを説明します。
科学は、現物現象への接地（アーシング）を切らない姿勢を矜持とします。
情報の鵜呑みを容認すると、科学の矜持を蔑ろにすることになります。

接地性を確保できない状況で解説することは、
科学的知見を「インターネットの有象無象の情報の山」に加えることです。
インターネットの世界は、真偽も根拠もあったものではありません。

本記事は、読者が以下の姿勢を取れる前提で、論を進めます。

「さも、わかったことのように解説しているが、怪しいぞ。
　機会があったら、ウソかホントか検証してやる」

∫１　視覚認識の３段階

視覚認識は、以下の３段階で進みます。

　1.情報入力（眼）
　　⇒ 2.視覚処理（脳の視覚野）
　　　　⇒ 3.想起網（大脳皮質）

順番に見ていきましょう。

∫2　眼のしくみ

視覚情報は、眼からインプットされます。
入力を主務とする器官は複数あって、それらは「感覚器」と呼ばれます。

進化の道筋に沿って、眼のしくみを考えます。

・光受容細胞
原始的な生物は、光を感知する細胞を備えるようになりました。
光を感知できると何かと有利でしょう。
たとえば、昼と夜で代謝を変えてもよいかもしれません。

・光受容細胞のスクリーン
光を感知する細胞を面状に並べると、スクリーンを作ることができます。
スクリーンのどの部分の光が強いかで、光と体の位置関係が手に入ります。
その生物が運動器をもっていれば、光に反応して移動できます。
明るさが有利な生物は、明るさに接触した方向へ進もうとしますが、
おそらく不利があるのでしょう、明るさから逃げていく生物もいます。

・スクリーンの杯状構造
スクリーンを杯状に凹ませると、光の方向を掴みやすくなります。
同じ日なたでも、受け取る面の角度を変えると、信号の強度は変わります。
情報を統合し、差分を使って、光源がどの方向にあるかを推定します。
光源は、洞窟の出口を示しているかもしれません。

・レンズの出現
レンズが出現します。
「レンズなどという発明が、そんなに簡単にできるわけない」
昔ながらの生物学者たちは、そう思っていました。
しかし、コンピュータが発達し、進化シミュレータが開発されると、
シミュレータはわずかな試行でレンズが生成することを示しました。
所要ステップ数は、想像以上に短かかった･･･（ぐふっ）
眼杯が球面に近づき、ピンホールの形が作られると、
そこにレンズがはまるのは必然だったようです。

レンズを使うと、スクリーン上に像を結ばせることができます。
今、至近を通過したのは、餌、天敵、どちらなのか。
対象の形を判別できると生存に有利、否、死活問題（淘汰要因）です。
おそらく原始のレンズは、ないよりマシな程度だったでしょう。
像がくっきりする改良に向けて、幾多の淘汰がかかります。

・二個、あるいはそれ以上の眼
陸上動物の多くは、二つの眼を持ちます。

異なる方向に眼を二個つけると、視野を広くできます。
草食動物の多くは、視界を左右に広く取って、周囲を警戒しています。
魚類も通常、別方向ですが、砂上に伏せる魚は片面に偏らせています。

２つの像を照合する方法で、対象との距離を見積もることも可能です。
手で物を掴むのが得意なサルと、狙いをつける猛禽はこちらのタイプです。

新しい構造を発明することに比べて、数を増やすのは簡単です。
地球には、２個ではなく、もっとたくさんの眼をもっている動物もいます。
（僕には、ミャクミャクが二枚貝の一種に見えます）

・特定の波長に特化した視細胞
最後は、色の識別です。
動物は、その食餌に対応した波長をよく感知します。
たとえば、果実を食べる鳥は、赤を鋭敏に感知します。
鳥にとって、食餌にありつけるか否かは、死活問題（淘汰要因）です。
植物側も、鳥に実を見つけてもらえると種子の散布に成功するので、
植物／鳥、双方で合致度が上がるように、進化が進んでいきます。
（専門用語で、共進化といいます）

ヒトは網膜に、赤、緑、青に対応する、３種の細胞を配置しています。
赤は検出したいですね。
鳥と同じく、ヒトも果実は大好物です。
ケガをした部位も、ヘモグロビン色で赤いです。
青については、青ではなく、青色と反対にある黄色、
黄褐色の検出が有利だったのではないかと想像しています。
薄めのメラニンで、黄褐色の体毛を持つ動物がいます。
その動物は、捕食者かもしれないし、狩りの獲物かもしれません。
いずれにしろ見逃す手はないです。

∫３　眼とカメラは、細かくみると違う

ヒトはざっくり、以下の５要素で、光を情報化しています。
　① 光量（明暗）
　② 波長（RGB）
　③ 網膜スクリーン
　④ レンズ調節（結像）
　⑤ 二眼差分

・ヒトは２眼、カメラは１眼
皆さん、お使いのカメラは１眼タイプでしょう。
眼とカメラの構造の類似性は①～④までで、⑤は違っています。
カメラに距離を測らせるときは、赤外線測光や画像認識でやります。
カメラに任せず、撮影者が手動で焦点を合わせる撮影方法も普通です。

アニメ『トップをねらえ！』では、時代とともに、形式が、
写真→動画→立体動画、と変化していく様子が描かれました。
SF通りなら、将来、２眼タイプのカメラが登場するかもしれません。
いや待て、２眼カメラの普及より、立体動画の再生機が先かな？
写真は、写真の普及が先で、撮影は写真館で行う時代が長かったです。

・ヒトの虹彩とカメラの絞り
眼には「虹彩」があります。
視細胞は、精度よく感知できる光量の範囲が限られています。
カメラで喩えれば、白飛び／黒潰れしやすい特性といったらよいか。
虹彩は、精度範囲に収まるよう、眼の中に入れる光量を調節しています。

カメラの羽構造で作られた「絞り」は、眼の「虹彩」そっくりです。
羽を絞ると、眼球同様、光量は減ります。
しかし、絞りの主機能は、光の減量ではなく「被写界深度」の調節です。
カメラは、眼球より大きなレンズをつけていて、独特のボケを作ります。
そのボケを調節する方法で、絵を整えます。

・ヒトのレンズは柔らかい、カメラのレンズは硬い
眼球とカメラでは、レンズの材質が異なります。
眼球のレンズはタンパク質でできていて、柔らかいです。
筋肉を使い、レンズの厚みを変える方法で、焦点の位置を変えます。
カメラのレンズはガラス製または樹脂製で、形は変わりません。
カメラは、レンズとスクリーンの距離を変える方法で焦点を合わせます。

・ヒトのスクリーンは球面、カメラのスクリーンは平面
ヒトの網膜は眼杯が起源で、昔ながらに球面です。
一方、カメラの感光素子は平面に並んでいます。
ヒトは、眼球を使って光源の方向を推察できるのですが、
カメラで作成した写真からは、光源を推察できません。

分析的に、光源の方向を推察することは可能です。
たとえば、光線、影線、立体物の明暗、透過光などの情報を統合して、
「光源は左上にある」と推察することは可能です。
しかし、眼球で「光源はあっちだ！」と感じるのとは違います。
これは説明が難しいです。

Ipomoea quamoclit（ルコウソウ）　ヒルガオ科

左下が明るいですが、光源は左下ではありません。
写真を見ている人は、撮影者と異なり、陽ざしの方向を「感じて」はいません。
花弁に映る影や、球状の花粉の明暗を分析して、
「光源は左上に違いない」と推定できるだけです。

透過光で光っているときは、被写体の後ろに光源を推定します。
実際には川面が光っています。
撮影者は、川面の光を「おおう、眩しい」と感じながら撮影ボタンを押しています。
写真では光源の存在を推察できるだけで、「下から眼を射られている感じ」はありません。

・ヒトの視覚は連続的、カメラは小計システム
眼は、連続的に（持続的に、なめらかに）世界を見続けています。
カメラは、時間内に入った光を小計して、1コマの画像に集約します。
この方式を、食事ごとに代金を支払うことに喩えて、
「小計システム」と呼ぶことにしましょう。
（難しい言葉で表現すれば、積算です）

カメラは、シャッタースピード（SS）（≒露光時間）を使って、
どれぐらいの長さの時間の光を集めるかを制御します。
SSを短くすることで、肉眼では速すぎて見えない一瞬を捉えたり、
SSを長くすることで、軌跡を画像化したり、弱すぎる光を集めたりします。

「カメラは動画も撮れる、なめらかにできる」と言うかもしれませんが、
現行の動画は、1秒間に複数回、切り取って、コマをつなげたものです。
ヒトは、コマの間隔が短いと、静止画の紙芝居として判別できなくなり、
連続で動いているように認識します。

・ヒトは可視光範囲のみ、カメラは紫外線にも反応する
ハチは、紫外光（UV）を受容する視細胞をもっています。
ヒトの眼は紫外域に対応する視細胞がなく、紫外域が見えません。
研究者は、ハチの眼に花がどう映っているかを知りたくて、
可視光カットや、ＵＶライトを照射する方法で、紫外吸収像を調べます。
このとき使用するカメラは、特別なものではなく、普及機です。

普及機のデジカメで、紫外吸収像を撮れてしまう理由はわかりません。
ＵＶは高エネルギーで、かなり不特定に照射された物質を励起します。
おそらく、デジカメの感光素子は、ＵＶに無反応でいられないでしょう。
ＵＶを完全にカットすると、紫や青まで一緒に削れてしまうので、
開発者としては、素子がダメにならない程度の部分カットに留めたい。
結果として、紫外吸収像を写せる、ということだろうと想像しています。

ＵＶ撮影中、肉眼ではさっぱり紫外吸収像が見えません。
（UVを照射したときに生じる蛍光は見えますが、アーティファクトです）
画像データを再生して初めて、紫外吸収像が判明します。
おそらく、吸収がある部位に、共役結合を持つ物質が発現しています。
画像が示す範囲に合わせて花弁を切り分け、成分を抽出し、
HPLCで様子を見るのが初手になりそうです。

眼とカメラ、どちらも光を扱うので、共通の構造はたくさんあります。
しかし、細かく見ると、さまざまな違いがあることがわかります。

∫４　視覚処理

古く、脳という組織が何をしているかはわかっていませんでした。
脳は、A.情報処理の中枢、B.司令塔、C.意識の座であると判明してなお、
わからないことまみれです。
あまりにもわからないので、「脳はブラックボックス」と言われます。

脳は、不可侵の組織です。
生体も「ここは大事だから触らないで」と構造で意思表明をしています。
・頭蓋カプセルで物理的に守る
・脳血管関門で化学的に守る

不用意に触ると回路が壊れ、場が担っていた処理系を喪失してしまいます。
意識の研究は下等動物では代用できません。
脳は、極めて実験が難しい領分にあります。

脳がやっていることを窺い知る手段は、現在のところ主に二つです。

一つは「失認」です。
不運にも、脳にケガをしたり、脳の病気になったりしたものの、
命は助かった患者が、何かの「認識」を失う現象があります。

脳が傷つくと、そのまま亡くなってしまう事例が多いため、
「失認」は、頻繁に見られる症例ではありません。
ごく稀な「失認」の症例を通して、少しずつ機能マップが作られます。

脳の処理部位のうち、運動野は、わりとサクサク判明しました。
患者が言葉で「身体の、この部分が動かせません」と伝えてくれます。
場所も大きめで「この辺り」と見当をつけやすかったようです。

言語野も、おおまかな場所だけはわかりました。
言葉が出なくなる症状から察するに、司る場所はそこだろうと。
言語野をやられると、しばしば言葉で説明できなくなってしまうので、
詳しいことはわからないのですが。

視覚にも「大体この辺」という場所はあって、視覚野と呼ばれています。

まず、眼球から視神経の太い束が伸びます。
ケーブルは極太で、脳に多量の信号を送りこんでいることがわかります。
次に、左右にクロス（交叉）します。
クロスの必然性は説明しかねます。
（節足動物ではクロスしないです）
「花びら５枚の花はなぜ多い」の愛読者は、
「たまたま＋従前ケース！」と叫ぶかもしれません。

視覚野に到達したのち、神経はばらけていきます。
その先、どこで、何をやっているかは、よくわかりません。

もう一つの研究手段は、MRI（核磁気共鳴画像）です。
神経細胞が仕事をする＝電気的に励起する（専門用語で発火）、です。
脳における意識の動作は物理現象です。

ある程度の絶縁性がないと回路になりませんので、電気は漏れにくく、
そもそも微弱な電気なので、頭蓋の外から測定することは困難です。

脳の特定の場所を使い込むと、
辺り一帯が酸素食いになり、血流が増加します。
血液には、分子構造にFeを持つヘモグロビンが含まれています。
血流の局所的な変化を、MRIを使って、非侵襲で造影することができます。

単一の神経細胞の励起を捉えることは、現在の科学でも困難です。
ミラーニューロンの発見は、偶然が重なった奇跡のようなものです。
このとき実験に使われた動物はマカクザルで、ヒトではないです。

視神経が到達した、その先で脳は一体、何をしているのでしょう。
どうやら想像もつかない分割処理をやっているようです。
（参考書：セミール・ゼキ『脳は美をいかに感じるか』）

僕は青年期、聴覚の情報処理に関して、以下の総説を読みました。
メンフクロウの両耳による聴覚情報処理
日経サイエンス 23 (6), 90-99, 1993
聴覚は、見事な回路で処理されています。

「視覚もこの調子で進むのかな」と想像しましたが、とんでもなかった。
何をやっているのか、現時点ではごくわずかしか判明していないのですが、
とにかく、僕らの脳は、眼球から送られた入力信号をこねまわして、
明暗、色、形、立体、位置、遠近など、さまざまな視覚認識に加工します。

∫５　想起網

信号を処理し、視覚認識が成立したら、次に想起網のハローを広げます。

オリバー・サックスの『妻を帽子と間違えた男』に、
　・バラの形を正しく認識でき（眼球正常、視覚正常）
　・バラという概念も保たれているけれども（想起網正常）
　・今、手にしているものが、バラであるとわからない（リンク接断）
という稀な症例がでてきます。
この患者さんは脳腫瘍の進行にともなって、視覚認識の崩壊が進みます。
視覚野から想起網への連絡線が、腫瘍の近くから伸びていたのでしょう。

想起網に励起が拡がるとき、しばしば名称がコア orハブになります。
名称は「バラ」でなくても、OKです。
　・バラの品種名「クイーンエリザベス」
　・Rosa（学名、ラテン語）
　・Rose（英名）
　・ローズ（日本語、外来語表記）
　・薔薇：そうび（古文）
これらは名称として問題なく使用できます。

　・名前は知らないけど、何かの花
ですと、上記より結像度が低めです。
少しモヤモヤして、落ち着かない感じがします。
でもまあ、「花」でもなんとかなるでしょう。

さらに結像度が下がって、
　・よくわからない何か
だと、注意を持続することや、そこから論じる展開が難しくなります。

「名称」が言語野でどういう形を取っているのかは、わかりません。
神経細胞が一連の星座のように励起するのでしょうか。

名称による安定を経て、想起が拡がっていくことについては、
神経細胞の形状が樹状であることを考えると、そうだろうとは思います。

『シーラという子』には、脳のケガで識字障害を生じた子が出てきます。
視覚も発語も正常ですが、どうしても文字が絵（図形）にしか見えない。
こちらはおそらく、視覚野と言語野の識字関係のリンク切断です。

「見る」は、視覚野で視覚処理を済ませて、終わりではないです。

「横断歩道では、信号をしっかり見るのですよ」
「わっ、だめだってば、信号を見なさいっていったのに」
「見ろといわれたから見た。赤く光っていたよ」

・気分
・印象
・対象が何であるかの認識（意味）
・状況の理解
・記号・文字認識
など、視覚と関連のある、さまざまな想起が広がって、ようやく
「見た」の完成です。

part 1　まとめ

　① ヒトの視覚には、物理基盤、しくみがある。
　② 視覚認識は、1.眼、2.視覚処理、3.想起網の３段階

　1.情報入力（眼）
　　⇒ 2.視覚処理（脳の視覚野）
　　　　⇒ 3.想起網（大脳皮質）

上図で、説明していない項目が３つあります。

・視覚処理の⑤に「＋α」をつけています。
　　これは視覚野における、分割処理の全容が判明していないためです。

・視覚処理の⑥、「静止」だけでなく、「動き」の認識があります。
　　ヒトは、自分が移動したときに生じる、全体的な動きだけでなく、
　　全体としては静止している中の、小さな動きを鋭敏に検出します。

・視覚処理の⑦、「注目」は、対象に注意を集中する動作です。
　　視野全体を、ぼんやりと眺めるときもあれば、
　　周りがよくわからなくなるほど、対象を注視することもあります。
　「眼球運動測定装置」使うと、被験者が何を見ているかはわかりますが、
　　対象にどれぐらい集中しているかまではわかりません。

本記事を読んで「もっと明らかにしてほしい」と不満が湧いたときは、
研究者になるとよいです。
仕事を担うことは「自分の欲求は自分が叶える」と知る最短の道です。

次回、個人差です。
本号の読了申告20到達で、次号を公開講座とします。

マクロレンズの世界 vol.11 視覚認識（1/2）基礎 －視覚認識の３段階

視覚認識の基礎

はじめに

∫１ 視覚認識の３段階

∫2 眼のしくみ

∫３ 眼とカメラは、細かくみると違う

∫４ 視覚処理

∫５ 想起網

part 1 まとめ