Field of vision - Shaya (English spelling) field of vision, visual field (English), champ visuel (French), Gesichtsfeld, Sehfeld (German)

Japanese: 視野 - しや（英語表記）field of vision，visual field（英），champ visuel（仏），Gesichtsfeld，Sehfeld（独）

The visual field refers to the area covered by vision.

[Visual field and visual world] Light entering the eyeball through the pupil reaches the retina inside the eyeball. The retina covers the inside of the eyeball over more than a hemisphere. Vision is generated by the reaction of the photoreceptor cells in the retina. The range in which this vision occurs, that is, the range that can be seen without moving the eye, is called the visual field. The visual field of one eye can reach a visual angle of 130° vertically and 160° horizontally, and the two visual fields overlap (Figure 1). Photoreceptor cells are not distributed uniformly on the retina. Cones, which are photoreceptor cells involved in color perception, are concentrated near the center of the visual field, and rods, which are highly sensitive in dark places, are distributed around the periphery. For this reason, the information that can be picked up within the visual field differs. On the other hand, we rarely realize that the visual world we experience in our daily lives is dimly visible at the periphery of the visual field. This is because when we observe the world, we move our eyes rapidly to focus on characteristic points in the outside world, and build a stable visual world.

[Methods for measuring visual field] A typical method for measuring the range of the visual field is kinetic perimetry. While gazing at a fixation point, a visual target is moved from the periphery of the visual field toward the fixation point, and the point at which the target is first found is regarded as the boundary of the visual field. There is also static perimetry. This method does not move a light target, but presents a light spot at a certain point in the visual field while gazing at the fixation point, and measures the range of the visual field based on the reaction of whether or not the light spot is visible. While the former is affected by factors such as reaction time, there is a problem with the rigor of the measurement, the latter has the problem that a great number of measurements must be repeated to grasp the overall picture of the visual field. Attempts have also been made to use colored lights as targets for perimetry to measure the range in which colors can be observed (color visual field).

[Classification of visual field] The visual field is broadly divided into central vision and peripheral vision. The classification of the visual field depends largely on the structure of the retina. It consists of two main topographical regions: the macula (a region of the visual field with high spatial resolution, approximately 18° in width) and the peripheral retina. The macula is dominated by cones, while the peripheral retina is dominated by rods. The central part of the visual field, where there are many cones, excels in color vision and high spatial resolution, while the peripheral part of the visual field, where there are many rods, excels in low light sensitivity and motion detection. Photoreceptors (120 million rods and 5 to 8 million cones) are densely embedded in the retinal pigment epithelium. The location on the retina that corresponds to the center of the visual field is the center of the macula, and is called the fovea (Figure 2). The fovea is a very small area (2.5° radius of visual angle), where cones are most densely packed, and provides the highest visual acuity in the visual field. Vision at the fovea is called foveal vision, or central vision. From the vicinity of the fovea, it is called parafoveal vision (up to 5°), perifovea (up to 9°), near periphery (up to 15°), middle periphery (up to 25°), and far periphery (up to the edge of the visual field). These classifications and the corresponding radial visual angles are not unified. For example, when we generally refer to the central visual field, it does not necessarily mean foveal vision. It may refer to the area that combines foveal vision and parafoveal vision, or the fixation point may be set at a visual angle of 0° and the central and peripheral visual fields may be distinguished by a radius of 25°.

[Visual characteristics of central and peripheral vision] As mentioned above, there are various definitions of central vision, but it is certain that cones are concentrated in the center of the field of vision, and as you move from the fovea to the periphery of the field of vision, the number of cones decreases rapidly and is replaced by rods. Rods do not exist in the fovea, but are most abundant at a visual angle of about 20° from the center. From this, the characteristics of central vision are roughly characterized by processing by cones, and the characteristics of peripheral vision are characterized by processing by rods. There are three types of cones that are highly sensitive to long, medium, and short wavelengths of light, and by using this shift in wavelength as a clue, it is possible to perceive various wavelengths in the visible light range as colors. Rods can detect weaker light than cones. Even when adapted to a dark place, the stimulation threshold of cones is higher than that of rods, which are abundant in the peripheral vision (Figure 3), so subtle changes in light intensity in dark places that can be detected by peripheral vision cannot be detected in the foveal field, where only cone cells exist. In addition, retinal ganglion cells aggregate information from photoreceptor cells in the range corresponding to their receptive field and transmit it to the central nervous system. The receptive field of retinal ganglion cells (X type), which aggregate information from cones corresponding to the central visual field, is much smaller than that of retinal ganglion cells (Y type), which aggregate information from rods in the periphery. In addition, the ratio of the number of retinal ganglion cells to photoreceptor cells is about 1:1 in the fovea, but drops to less than 1/100 in the periphery. For this reason, the visual acuity of the central visual field is much higher than that of the peripheral visual field. On the other hand, retinal ganglion cells in the peripheral visual field have a mechanism that is sensitive to detecting movement patterns.

[Blind spots and their filling] Even healthy people have areas in their visual field where they cannot obtain visual information. This is the blind spot. The retina has photoreceptor cells on the outer wall of the eyeball, and information is transmitted inward to bipolar cells and retinal ganglion cells. The axons of these retinal ganglion cells directly project the output from the retina to the lateral geniculate nucleus (LGN) of the thalamus. For this to happen, the axons of the ganglion cells that pass through the inner retinal surface of the eyeball must be folded back from the inside to the outside of the retina. The point where this folding back takes place is the optic disk, which is located at a visual angle of about 15° nasally from the center of the visual field, and due to its structure, photoreceptors cannot be placed on the optic disk. Therefore, even if a visual stimulus is presented that fits snugly in this area, the visual stimulus is not detected and is not perceived because there are no photoreceptors in the optic disk that corresponds to that area in the visual field. However, when visual stimuli that appear to have continuity across the blind spot are presented in the peripheral retinal image, the visual perception of continuity arises from the peripheral information even if there is no visual stimulus in the area corresponding to the blind spot. This is called filling in the blind spot. Although the blind spot is present within the visual field, we do not feel a loss of visual field in the blind spot in our daily lives because a process like filling in the blind spot compensates for the loss of visual field.

[Overlooking visual objects in the visual field] Several phenomena have been found in which visual stimuli that exist within the visual field are not perceived. A recently reported phenomenon is motion-induced blindness. In this phenomenon, even a very clearly visible light spot that is located at a visual angle of about 2° from the fixation point becomes invisible when there is a moving stimulus that covers the light spot from the fixation point. One of the reasons for this effect is thought to be that the moving object supplements attention, causing the motionless light spot to be overlooked. In addition, if you continue to fixate on a certain point for a certain period of time, a phenomenon occurs in which a stimulus in the peripheral visual field appears to disappear. This phenomenon is called the Troxler effect. This phenomenon is more likely to occur the lower the luminance contrast between the stimulus and the surroundings, and the farther the stimulus is from the fixation point. The cause of this effect is thought to be a decrease in sensitivity (adaptation) due to the same stimulus being continuously projected on the same place on the retina for a long period of time.

[Functional field of vision, useful visual field] The visual range that can be effectively used to perform a visual task is called the useful field. The range of the useful field is not fixed, but changes depending on the nature of the task, the environment, attention, etc. One method for exploring the useful field is the restricted visual field method. This method compares task performance when the visual field is not restricted at all with task performance under conditions in which the peripheral part of the visual field is gradually restricted by contact lenses or a television monitor, and measures the size of the visual field at which performance decreases. This method has been used to measure the useful field when reading text. The useful field can also be estimated by having participants perform visual tasks such as detecting light spots while measuring their gaze, and using the position of the stimulus related to the visual task and the position of their gaze.

[Virtual reality and visual field] Virtual reality is the artificial creation or manipulation of sensory inputs to make the user feel as if the experience were real. To achieve this, it is necessary to present images that cover the entire visual field and correspond to the movement of the body. To achieve this, head-mounted displays (HMDs) have been developed. HMDs are shaped like goggles worn on the head and can present images to each of the left and right eyes. Furthermore, built-in sensors detect the position of the wearer's head and the direction of the line of sight, and present corresponding images, creating a visual world that makes the wearer feel as if they are in an external environment that does not actually exist. On the other hand, devices have also been developed that use a large-field-of-view screen that covers the entire body to cover the entire visual field. In this case, in order to reproduce binocular parallax, it is necessary to present images with parallax to both the left and right eyes by using shutter goggles linked to the image.

[Visual field disorder] Age-related macular degeneration (AMD) causes the tissues of the macula to atrophy with age (atrophic type) or new blood vessels to form (exudative type), resulting in distorted vision and reduced visual acuity. Other visual field disorders caused by retinal conditions include enlargement of the blind spot and narrowing of the visual field due to papilledema, and visual field defects due to glaucoma. Visual field disorders can also be caused by damage to the cerebral hemispheres. Hemispatial neglect, which is the inability to recognize the visual field processed by the damaged cerebrum, is well known. →Color →Vision →Visual space [Wada Yuji]

Figure 3 Dark adaptation curves at various distances (visual angles) from the center of the visual field (fixation point)
(Graham, C.H., 1965)

Figure 3. Distances from the center of the visual field (fixation point)...

Figure 2. Cross-section of the eyeball and distribution of photoreceptor cells per mm2 on the retina
(Pirenne, MH, original work, 1967, Yohei Wada et al., eds., Handbook of Sensory and Perceptual Psychology, Seishin Shobo, 1969)

Figure 2. Cross-section of the eyeball and its 1m…

Figure 1 Monocular and binocular vision
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Figure 1 Monocular and binocular vision

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Japanese:

視野とは，視力の及ぶ範囲を指す。

【視野と視覚世界】　瞳孔から眼球に入った光は，眼球の内側の網膜に到達する。網膜は眼球の内側を半球以上にわたり覆っている。網膜に存在する視細胞の反応が視覚を生じさせる。この視覚が生じる範囲，すなわち眼を動かさずに見ることができる範囲を視野という。視野は片眼でも上下に130°，左右に視角160°にも達し，両視野は重なりあっている（図1）。網膜には，一様に視細胞が分布しているのではなく，視野の中央付近には錐体という色の知覚に関係する視細胞が集中して存在しており，周辺には暗所での感度が高い桿体が分布している。このため，視野の中でもピックアップできる情報が異なる。一方で，われわれが日常的に感じている視覚世界は視野の周辺ほどぼんやり見える，などといった性質を実感することはほとんどない。それはわれわれが世界を観察するときに，めまぐるしく眼球を動かして外界の特徴的な点に注視し，安定的な視覚世界visual worldを構築するためである。

【視野の計測方法】　視野の範囲の代表的な計測方法は，動的視野計測法kinetic perimetryである。固視点を注視した状態で視野の周辺部から固視点に向けて視覚ターゲットを動かし，初めてターゲットを見いだすことができたポイントを視野の境界とする。そのほかに静的視野計測法static perimetryがある。この方法はターゲットである光点を動かすのではなく，固視点を注視した状態で視野内のある箇所に光点を呈示し，その光点が見えるかどうかの反応で視野の範囲を計測する方法である。前者が反応時間などの影響を受けるために測定の厳密性に問題がある一方で，後者では視野の全体像を把握するためには非常に多くの測定を繰り返さなければならないという問題がある。視野計測に用いるターゲットに色光を用いて，色が観察できる範囲（色視野）を計測することも試みられている。

【視野の分類】　視野は大きく分けて，中心視野central visionと周辺視野peripheral visionとに分けられる。視野の分類は網膜の構造に依存するところが大きい。これは二つの主要なトポグラフィカルな領域から成る。黄斑macula（高い空間分解をもつ視野の中心18°程度の広さの領域）とその周辺網膜である。黄斑には錐体coneが多い一方で，周辺網膜は桿体rodにほとんど占められている。錐体が多い視野の中心では色覚と高い空間解像度に優れる一方で，桿体が多い視野の周辺部では低い光量での感度や運動の検出に優れている。視細胞（1億2000万の桿体と500万～800万の錐体）は網膜色素上皮にぎっしりと埋め込まれている。視野の中心に対応する網膜上の位置は黄斑の中でもその中心であり，中心窩foveaとよばれる（図2）。中心窩は非常に小さな範囲であり（半径視角2.5°），錐体が最も密集しており，視野の中でも最も高い視力を実現している。中心窩での視覚を中心窩視，あるいは中心視foveal visionとよぶ。中心窩の近傍から傍中心窩parafovea（5°まで），遠中心窩perifovea（9°まで），近周辺near periphery（15°まで），中周辺middle periphery（25°まで），遠周辺far periphery（視野縁まで）とよばれる。これらの分類とそれに対応した半径視角は，統一されたものではない。たとえば，一般に中心視野といった場合，必ずしも中心窩視のことを指すのではない。中心窩視と傍中心窩視を合わせた領域を指すこともあるし，固視点を視角0°として半径25°を境として中心視野と周辺視野を区別することもある。

【中心視野と周辺視野の視覚的特徴】　中心視野の定義は前記のようにさまざまであるが，視野の中心に錐体が集中的に存在し，中心窩から視野周辺に移行するにつれて錐体が急激に減少し，桿体に入れ替わることは確かである。桿体は中心窩には存在せず，中心から視角約20°付近に最も多く存在する。このことから，大まかには中心視野の性質は錐体による処理，周辺視野の性質は桿体による処理の性質となる。錐体は，長波長・中波長・短波長の光に感度が高い3種類が存在しており，この波長のずれを手がかりに可視光の範囲のさまざまな波長を色として知覚することを可能にしている。桿体は，錐体に比べて弱い光でも感知することができる。暗所に順応した場合でも，錐体の刺激閾は周辺視野に多く存在する桿体の刺激閾よりも高いため（図3），周辺視では検出できる暗所における微細な光の強さの変化を，錐体細胞しか存在しない中心窩視野では検出できない。また，網膜神経節細胞retinal ganglion cellは，その受容野に対応する範囲の視細胞からの情報を集約して中枢神経に伝達する。視野の中心部に対応する錐体の情報を集約する網膜神経節細胞（Ｘ型）の受容野は，周辺に存在する桿体の情報を集約する網膜神経節細胞（Ｙ型）の受容野と比べて非常に小さい。また，中心窩では視細胞に対する網膜神経節細胞の数の割合は1対1程度であるのに対して，周辺では1/100以下に低下する。このため，中心視野の視力は周辺視野の視力に比べて非常に高い。その一方で，周辺視野の網膜神経節細胞は運動パターンの検出に鋭敏なしくみをもっている。

【盲点とその充塡】　健康な人間であっても，視野の一部に視覚的情報を得ることができない領域が存在する。それが盲点blind spotである。網膜は光を受容する視細胞が眼球の外壁側に存在し，内側に向かって双極細胞，網膜神経節細胞と情報が伝達される。この網膜神経節細胞の軸索によって，視床の外側膝状体lateral geniculate nucleus（LGN）に網膜からの出力が直接投射する。このためには，眼球の内側の網膜表面を通る神経節細胞の軸索を，網膜の内側から外側に折り返すように眼球内部から出さなければならない。この折り返すポイントが視野中心から鼻側に視角15°程度の位置にある視神経乳頭optic diskであり，その構造上，視神経乳頭には視細胞を配置できない。したがって，この部位にすっぽりと収まるような位置およびサイズの視覚的な刺激を呈示されても，視野内のその領域に対応する視神経乳頭には視細胞が存在していないためその視覚的な刺激は検出されず，知覚としても見えない。しかし，周辺の網膜像に盲点をまたいで連続性が存在しそうな視覚刺激が呈示されると，たとえ盲点に対応する箇所に視覚刺激がなくても周辺情報から連続したような視知覚が生じる。これを盲点の充塡という。盲点は視野内に存在しているにもかかわらず，日常的に盲点の箇所に視野の欠損を感じないのは，このような盲点の充塡のような処理によって，視野の欠損を補って知覚するためであろう。

【視野内の視覚対象の見落とし】　視野内に存在する視覚刺激であっても，それが知覚されない現象がいくつか見つかっている。最近報告された現象では運動誘発盲motion induced blindnessがある。この現象は固視点から視角2°程度に存在する非常にはっきりと見える光点でも，固視点を中心に光点をも覆うような運動する刺激が存在すると見えなくなる。この効果が生じる原因の一つとして，動く対象による注意の補足により，動かない光点の見落としが起こることが考えられている。また，ある一点をある程度の時間，固視しつづけていると，周辺視野に存在する刺激が消失して見える現象が起きる。この現象をトロクスラー効果Troxler effectという。この現象は，刺激と周囲の輝度コントラストが低いほど，また刺激が固視点から遠いほど現われやすい。この効果が生じる原因としては，長時間にわたって同じ刺激を網膜上の同じ箇所に投射されつづけることによる感度の低下（順応）が考えられている。

【有効視野functional field of vision，useful visual field】　視覚的な課題を行なうときに，その遂行のために有効に活用できる視覚的な範囲を有効視野という。有効視野の範囲は固定されるものではなく，課題の性質や環境，注意などによって変わってくる。有効視野を探る方法としては制限視野法restricted visual field methodがある。これは，視野をまったく制限しないときの課題成績と，コンタクトレンズやテレビモニターなどにより視野の周辺部を段階的に使用できない条件での課題成績を比較して，その成績が低下する視野のサイズを測定するという方法である。このような方法を用いて，文章判読時の有効視野の計測などが行なわれている。実験参加者に光点の検出などの視覚課題を行なわせながら視線測定を並行して行ない，視覚課題に関連する刺激の位置と視線の位置を利用して有効視野を推定することもできる。

【バーチャルリアリティと視野】　バーチャルリアリティvirtual realityとは，感覚入力を人工的に作り出し，あるいは操作して，あたかも現実であるかのように感じさせることである。これを実現するためには，視野全体を覆って，身体の動きに対応するような画像を提示する必要がある。これを実現するために，ヘッドマウントディスプレイhead-mounted display（HMD）が開発されている。HMDは頭部に装着するゴーグルのような形状をしており，左右の眼それぞれに画像を提示できる。さらに内蔵するセンサーが装着者の頭部の位置と視線の方向を検出し，それに対応する画像を提示することで，実際には存在しない外的環境にいるかのような視覚世界を実現する。もう一方で，身体全体を覆う大視野スクリーンを利用して視野全体を覆う装置も開発されている。この場合は，両眼視差を再現するためには，画像に連動したシャッターゴーグルなどを利用することによって左右両眼に視差をつけた画像を提示する必要がある。

【視野障害visual field disorder】　加齢黄斑変性age-related macular degeneration（AMD）では，黄斑の組織が加齢に伴い萎縮（萎縮型），あるいは新生血管が発生することにより（滲出型），視野の一部が歪んで見えたり，視力が低下したりする。このほか，網膜の状態によって生じる視野障害としてはうっ血乳頭papilledemaによる盲点の拡大や視野の狭窄，緑内障glaucomaによる視野欠損などがある。また，大脳半球の障害によっても視野の障害が生じることがある。障害された大脳が処理する視野の認識ができなくなる半側空間無視hemispatial neglectがよく知られている。　→色　→視覚　→視空間
〔和田有史〕

図3 視野の中心（固視点）からの各距離（視角）における暗順応曲線
（Graham, C.H., 1965)">

図3 視野の中心（固視点）からの各距離…

図2 眼球の断面図とその網膜上での1m㎡当たりの視細胞の分布
（Pirenne, M. H. 原著，1967 和田陽平ほか編『感覚・知覚心理学ハンドブック』誠信書房，1969)">

図2 眼球の断面図とその網膜上での1m…

図1 単眼視野と両眼視野
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図1 単眼視野と両眼視野

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