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精神物理学【せいしんぶつりがく】

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

精神物理学
せいしんぶつりがく
psychophysics
本来は,G.T.フェヒナーの著書『精神物理学要綱』 (1860) に端を発する,物理的な事象とそれに対応する心理学的事象との間の数量的関係を研究する科学をいう。今日では,フェヒナーの意図した心身関係の実証的研究という哲学的な意味は失われ,刺激と反応との間の数量的関係を研究する心理学の一部門と考えられている。 (→数理心理学 )

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デジタル大辞泉

せいしん‐ぶつりがく【精神物理学】
精神と身体との相互関係を研究する学問。フェヒナーが提唱。物理的刺激と感覚との関係を法則的に明らかにしようとしたもので、刺激閾(しげきいき)や等価刺激の心理学的測定法の基礎を築き、精神物理学的測定法を発達させた。

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監修:松村明
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世界大百科事典 第2版

せいしんぶつりがく【精神物理学 Psychophysik[ドイツ]】
フェヒナーが1860年に《精神物理学要綱》において創始した学問体系であり,精神と身体,心と物の関係を実験や測定によって明らかにしようとするもの。フェヒナーの法則が導出され,また精神物理学的測定法として丁度可知差異法,当否法,平均誤差法などが創案された。精神物理学そのものはその後の発展をみなかったが,それらの測定法は今日でも意義のある有用なものである。【児玉 憲典】

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大辞林 第三版

せいしんぶつりがく【精神物理学】
フェヒナーが提唱した身体と精神との関数的な依存関係についての学問。特に感覚の強度とそれを引き起こす刺激の物理的強度との間の関数関係を研究する心理学の基本領域。

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日本大百科全書(ニッポニカ)

精神物理学
せいしんぶつりがく
psychophysics
身体と精神との依存関係についての精神科学として、ドイツの物理学者・心理学者のフェヒナーによって1860年、精神物理学が創始された。身体と精神、刺激と感覚は二元的にみえるが、両者は一つの数式によって結び付けて表すことができると考えられた。数式で表すためには刺激や感覚が量的に測定されることが必要だが、感覚は直接に測定が困難で、ただ感覚が存在するか否か、他の感覚よりも大か小か等しいかがわかるだけである。そこで、間接的に、ある感覚を生じる刺激と、二つの感覚の間にちょうど違いを出せるだけの刺激の差を測り、ウェーバーの法則やフェヒナーの法則が導き出された。測定法では、丁度(ちょうど)可知差異法、当否法、平均誤差法などの各種の感覚測定法がつくられ、精神物理学的測定法の基礎が築かれた。これらの方法による測定結果は、刺激閾(いき)、弁別閾、刺激頂、主観的等価点など判断の変わり目に相当する刺激の物理量で表される。フェヒナーの精神物理学では、刺激と感覚との関係を扱う外的精神物理学と、感覚と生理的興奮過程との関係を扱う内的精神物理学とがある。現在、外的精神物理学の遺産が精神物理学的測定法として受け継がれている。最近、スティーブンスは、フェヒナーが避けた感覚の直接的な量判断を、被験者自身に求めるマグニチュードmagunitude推定法を用いている。この直接的感覚測定法も広義の精神物理学的測定法といえよう。[今井省吾]

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精選版 日本国語大辞典

せいしん‐ぶつりがく【精神物理学】
〘名〙 精神と肉体の関係を量的実証的に研究する学問。ドイツの科学者フェヒナーが提唱し、物理的刺激と感覚の関係を法則的に明らかにしようとした。

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最新 心理学事典

せいしんぶつりがく
精神物理学
psychophysics
感覚・知覚を定量的に測定し,刺激と感覚・知覚との間の数量的関係を検討する心理学の一分野を精神物理学,あるいは心理物理学という。19世紀にフェヒナーFechner,G.T.によって創始された。

【精神物理学とは何か】 英語「psychophysics」の和名に関しては,「精神物理学」と「心理物理学」の両方が用いられている。「精神物理学」という名前は,後述するようにフェヒナーの提唱した学問自体を指す場合や,フェヒナーに由来する測定方法(調整法,極限法,恒常法)を指す場合などに用いられることが多い。現在では,刺激を統制したうえで感覚・知覚を測定する研究手法や,その研究手法を用いた研究対象に対するアプローチの仕方を指すために,「心理物理学」という用語を用いることが一般的になっている。

【精神物理学の起源とフェヒナーの法則】 フェヒナーは,1860年に『精神物理学要論Elemente der Psychophysik』を出版し,その中で身体と精神の関係に関する精密科学として精神物理学を位置づけた。物理世界と精神世界(心理的世界)の関係を定量的に解明することをめざし,「物理」世界に属する刺激の特性と「精神」世界に属する感覚の強さとの間に成立する数量的法則を探究した。フェヒナーは,さらに扱う対象の違いによって,外的精神物理学と内的精神物理学とを分けている。外的精神物理学は,外部から観察可能な刺激と感覚判断との間接的な関係を扱い,内的精神物理学は,外部からは観察困難な生体内部の生理的活動と感覚との間のより直接的な関係を扱う。フェヒナーは内的精神物理学の方を重視していたが,当時の研究の技術的制約により実際には検討することができず,外的精神物理学の研究を進めた。そして,その中で感覚を測定する方法を体系化し,平均誤差法,丁度可知差異法,当否法として提案した。これらの方法は,それぞれ現在の調整法,極限法,恒常法に対応しており,精神物理学的測定法psychophysical methodと総称されることが多い。

 刺激強度と感覚の大きさの数量的関係を解明するに当たって,フェヒナーは感覚の大きさを直接的に測定することはしなかった。それは,彼が感覚の大きさそのものは測ることができないと考えていたためである。たとえば,二つの刺激があったときに,それらに対する感覚を比較して,一方が大きい,小さい,あるいは等しいという判断はできるが,一方が大きいときに,それがどれだけ大きいのかを判断することはできないと考えていたのである。このため,フェヒナーが体系化した精神物理学的測定法では,ある刺激の存在がちょうど感知できる刺激強度(絶対閾)や,二つの刺激の違いがちょうどわかる刺激強度の差(弁別閾)など,特定の感覚を生じさせる(特定の基準を満たす)刺激値が測定され,感覚の大きさそのものは測定されない。

 フェヒナーは,感覚の大きさに関する量的な判断はできないとする立場に立ちながら,弁別閾を単位として感覚の大きさを表わすことによって,刺激強度と感覚の大きさの数量的関係を特定しようと試みた。まず,感覚が生じる下限は絶対閾によって特定することができる。絶対閾に当たる刺激強度から刺激を強めていくと感覚量も増えるが,刺激量をどれだけ変化させると感覚量の変化が生じるかは,弁別閾によって求めることができる。そして,弁別閾に対応する感覚量の変化はつねに同じであると仮定すると,ある刺激に対する感覚量は,その刺激の強度が絶対閾を出発点として弁別閾いくつぶん増やしたものにあたるかで表わすことができる。

 この方法を用いるためには,刺激強度に応じて弁別閾がどのように変化するかを特定する必要があるが,この点に関しては,すでにウェーバーWeber,E.H.によって次のように定式化されていた。今,二つの刺激の一方の強度をという値に固定し,他方の強度を調整することで弁別閾(ΔI)を測定したとすると,

  ΔI/I=k あるいは ΔI=k・I (は定数)

という関係が成立する。弁別閾は比較対象となる刺激の強度によって変わるが,その刺激強度との比は一定となる。フェヒナーはこれをウェーバーの法則Weber's lawと名づけた。この法則によれば,たとえば50gの重さとの違いを検知するために1g増やす必要があったとすると,100gに対しては2g増やす必要があることになる。刺激強度と弁別閾との比率はウェーバー比Weber ratioとよばれる。ウェーバーの法則は,視覚,聴覚,触覚,味覚,嗅覚などすべての感覚で成立することが知られているため,感覚モダリティ間でウェーバー比を比較することで感度の善し悪しを比較することもできる。ただし,ウェーバーの法則はつねに成立するわけではなく,たとえば絶対閾近傍の強度では当てはまらない。

 ウェーバーの法則と,弁別閾に相当する感覚量の変化分は一定であるとの前述の仮定に基づき,フェヒナーは,刺激量()と感覚量()との関係を表わす以下のような関数を導いた。

  S=c・logI     (cは定数)

 このように刺激量と感覚量の対応関係を示した関数を精神物理学的法則psychophysical lawとよび,フェヒナーにより導出されたものをフェヒナーの法則Fechner's lawという。感覚量が刺激量の対数に比例するというこの法則は,感覚量を等差的に変化させるためには,刺激量を等比的に変化させなくてはならないことを表わしている。なお,ここで注意すべきなのは,ウェーバーの法則が刺激量(ΔI)と刺激量()の関係を表わす法則であったのに対して,フェヒナーの法則は刺激量と感覚量との関係を表わす法則であり,両者は本質的に異なるという点である。

 このように,フェヒナーによって精神物理学的法則が確立されたが,フェヒナーの法則が正しいとすると,感覚モダリティの違いや同一モダリティ内での感覚属性の違いにかかわらず,刺激量と感覚量の関係は,対数関数という負に加速された同一の関数で表わされることになる。また,この法則を導出する際に設定された,弁別閾に対応する感覚量の変化はつねに同じであるという仮定の妥当性に対して,疑問や反証が挙げられており,法則の導出に当たって弁別閾やそれに対応する感覚量を微分量で置き換えたことの是非などに対する批判もなされている。さらには,この法則の基礎となるウェーバーの法則が成立する条件が限られるため,フェヒナーの法則が成立するのもその範囲内に限られるとの批判もある。このため,現在では,フェヒナーの法則が広く刺激と感覚の関係を表わすものであるとは考えられていない。このようにフェヒナーの法則には問題点があるが,精神物理学的測定法を確立することによって感覚・知覚研究に測定という手続きを導入し,感覚・知覚研究を自然科学たらしめたフェヒナーの功績は揺るぎないものである。

【マグニチュード推定法とスティーブンスの法則】 前述のように,フェヒナーに由来する伝統的な精神物理学は,感覚経験の強さを数量的に判断できないとする立場に立ち,測定においては,特定の感覚を生じさせる刺激量を決定するという方法が採用された。これに対して,スティーブンスStevens,S.S.は,感覚経験の強さを直接的に数値で表現できるとの立場に立ち,刺激に対して主観的に感じられる感覚の強さ(大きさ)に対応する数を観察者に直接報告させるマグニチュード推定法magnitude estimationを考案した。この手続きは,観察者が報告する数値から直接的に感覚尺度を構成する方法(直接的尺度構成法)とみなせる。スティーブンスは,この方法を用いて光の明るさや音の大きさをはじめとするさまざまな感覚量()と刺激量()の関係を検討し,両者の間には,以下のような関係が成立することを見いだした。

  E=a・In     (は定数)

これも精神物理学的法則の一つであり,スティーブンスの法則Stevens' law,あるいはスティーブンスのベキ法則Stevens' power lawという。はベキ指数で,感覚経験の種類,刺激条件などによって異なる値を取り(表),これによって関数の形が変わる(図)。n=1であれば,刺激量と感覚量の関係は線形となり,n>1であれば正の加速度をもつ増加関数,0<n<1であれば負の加速度をもつ増加関数となる。スティーブンスの法則によると,刺激量を定数倍(倍)すると,感覚量も定数倍(n倍)変化することになる

 マグニチュード推定法など直接的尺度構成法の問題点は,得られる感覚尺度の性質が明確でないことにある。この尺度は比尺度(比率尺度)であるのか,間隔尺度であるのか,あるいは順序尺度であるのかを特定することは困難である。これに対して伝統的な精神物理学的測定法では,測定の結果として得られる閾値や主観的等価点は刺激量(物理量)であるので,尺度の性質が問題になることはない。

 感覚の大きさに関する数量的判断ができるという主張や,マグニチュード推定法により得られる感覚尺度の性質に関する批判に対して,スティーブンスは異種感覚量マッチングの実験により反論している。もし,すべての感覚領域において,感覚の大きさに関する数量的判断ができるのであれば,たとえば光の明るさと音の大きさといった異なる感覚の間で,感覚量のマッチングが可能なはずである。つまり,音刺激に対して感じる音の大きさと光刺激に対して感じる明るさとが量的に一致するように,一方の刺激強度を調節することができるはずである。そして,各感覚領域において刺激量と感覚量の間にベキ法則が成立するのであれば,こうした異種感覚量マッチングの結果を,以下のように予測できる。今,ある感覚(たとえば光の明るさ1)と別の感覚(音の大きさ2)のそれぞれに関してベキ法則が成立しており(11α122β2),この感覚量のマッチングを行なったとすると(12),次の関係が得られる。

     (は定数)

すなわち,異種感覚量マッチングの結果は,対数-対数プロットで示すと直線で表わされ,その傾きは,各感覚に関して求められたベキ指数の比で表わされることになる。スティーブンスらはこの予測を実証し,数をまったく使用せずに,自らの立場を支持する証拠を提供した。

 しかし,スティーブンスの主張は,その後の研究によりさらに批判されることになる。その一つは,マグニチュード推定法によって得られる結果が何を表わすかに関するものである。スティーブンスは,マグニチュード推定法によって得られる結果が刺激量と感覚量の間の関係を直接的に示すものと考えていたが,実際には当該の感覚量と数の感覚量との間の異種感覚量マッチングの結果なのではないかという批判が出された。すなわち,刺激としての数とそれに対する感覚としての数の大きさを考えると,マグニチュード推定法での測定の際には,測定対象の刺激に対して感じる感覚の大きさと数の感覚的大きさとのマッチングがなされ,対応する刺激としての数が報告されているのではないかという批判である。これが正しいとすると,刺激としての数と数の感覚的大きさとの間に成立する関数関係が明らかにならない限り,測定しようとする刺激量と感覚量の関係はわからないことになる。また,刺激量と感覚量の間にベキ関数以外の関数関係が成立していたとしても,異種感覚量マッチングの結果にベキ関数が当てはまることがあるとの批判もある。したがって,マグニチュード推定法によってベキ関数が得られても,刺激量と感覚量の間にベキ関数が成り立つとは限らない。さらには,そもそも刺激量と感覚量の間になぜベキ関数が成立するのか,感覚神経系のどのような特性を反映しているのか,といった問題に対する答えも明確にはなっていない。

 以上のように,感覚の大きさを数値で表現できるという立場やそれに基づいて導き出されたスティーブンスの法則に関する理論的・実証的根拠は必ずしも明確ではなく,マグニチュード推定法の妥当性を疑問視する研究者もいる。しかし,感覚・知覚特性の定量的記述を行なおうとする研究,なかでもとくに応用的・実用的研究においては,こうした問題が棚上げされた形で,さまざまな場面でマグニチュード推定法が活用されていることも確かである。

【記述的心理物理学と分析的心理物理学】 精神物理学的測定法の確立により感覚・知覚を定量的に測定できるようになったことで,感覚・知覚研究は大きく進展した。ある個人内での繰り返し測定により,また異なる個人間で感覚の特性や機能を比較検討することにより,感覚・知覚の一般的特性を明らかにすることができるようになった。さらに,定量的な仮説検証実験が可能となり,それを通じて感覚・知覚の基礎となるメカニズムを検討することが可能となった。前者のように感覚特性の定量的記述を目的とする場合,これをとくに記述的心理物理学descriptive psychophysicsとよび,後者のようにメカニズムの解明をめざす場合を分析的心理物理学analytical psychophysicsとよぶ。

 記述的心理物理学では,感覚・知覚の諸特性を測定により明らかにしていくことが目的となる。どれだけ小さな刺激量で刺激の存在を検出できるのか(刺激閾の測定),どれだけ小さな刺激差があれば二つの刺激を識別(弁別)することができるのか(弁別閾の測定),刺激量の変化に伴い感覚量はどのように変化するのか(感覚尺度の構成)といった検討は,すべて記述的心理物理学に属するといえる。記述的心理物理学は,感覚・知覚に関する理解を深めるという学術的意義をもつだけでなく,応用的・実用的意義もきわめて高い。たとえば,記述的心理物理学の研究によって,色覚の三色性(あらゆる色光は,独立した3種類の原刺激を加法混色することによって等色することができる)が確立された。これにより,元の刺激自体を再現しなくても,赤,緑,青の光の強度を調整することによって知覚される色を再現できることが明らかとなり,現在のカラーテレビなどで活用されている。また,電話,道路標識などをはじめとする情報伝達やコミュニケーションのための手段を開発・設計する際や,照明の開発など,人の生活にかかわるさまざまな場面で,記述的心理物理学の研究によって測定された感覚・知覚の諸特性が活用されている。

 分析的心理物理学においては,感覚・知覚特性の定量的分析に基づき,感覚・知覚の基礎となる生理学的メカニズムに関する仮説を検討する。現在の多くの心理物理学的研究は,こうしたメカニズムの解明をめざしている。分析的心理物理学では感覚・知覚と生理学的過程との対応づけが試みられるが,その際に両者を関係づける根拠となる仮説を心理物理学的連関仮説psychophysical linking hypothesisという。この連関仮説のうち最も厳密なのが,同一の感覚は同一の生理的事象に基づくという同一性の仮説である。これによれば,異なる刺激がまったく同じ感覚を引き起こしたとすると,生理学的過程においても同一の神経活動が生じていると想定される。ブリンドレイBrindley,G.S.は,二つの刺激によって生じた感覚が同じか否かのみを問題とする観察をクラスAの観察class A observationとよび,それ以外のすべての観察をクラスBの観察class B observationと名づけた。たとえば前述のように,3種類の原刺激を加法混色した光とある色光との間で,色の見えが完全に等しくなるように調整することができるが,こうした等色実験(マッチング実験)はクラスAの観察である。等色実験によって明らかとなった色覚の三色性と同一性の仮説から,等色が成立したときには二つの刺激に対して同一の神経活動が生じていると考えられ,その後の研究により3種類の錐体の特定へとつながっていった。また,閾値測定実験も,異なる刺激について閾に達したときの感覚経験が同じであれば,同一の感覚を生じさせるか否かを問題としていると考えられるので,クラスAの観察に含まれる。日常場面では閾値が問題とされることはほとんどないが,感覚・知覚研究で閾値測定が重視されるのは,このように感覚メカニズムを検討する際に閾値が有効な測度となるからである。

 なお,心理物理学的連関仮説に関してミュラーMüller,G.E.は,同一性以外にも,類似性(感覚が類似していれば,生理的過程における活動も類似している),方向性(感覚がある方向へと変化した際には,生理的過程における活動も同様の変化を示す),次元性(感覚がn次元の変化を示すのであれば,生理的過程における活動の変化もn次元である)などの仮説を唱えているが,それらの仮説の厳密性については議論の対象となっている。心理物理学は生理学的過程における活動を直接測定するわけではないので,メカニズムの検討に当たっては,どのような連関仮説を前提としているのかという問題に絶えず注意を向けておく必要がある。 → →感覚 →感覚尺度 →刺激 →精神物理学的測定法 →知覚
〔木村 英司〕

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