メンタルローテーション
シェパード & メッツラー（1971）は、認知科学の分野で最も有名な実験の1つとなったメンタルローテーションという概念を導入しました。 この実験が有名になったのは、この実験が記憶に残る一連のグラフィックイメージ（例えば図1）と結びついているからであり、そのいくつかは最初に出版されたサイエンス誌の表紙を飾ったものである。 しかし、この実験は、非常にエレガントな実験であり、いくつかの驚くべき明確な結果をもたらした。 この実験結果は、当時まだ心理学者の間で大きな影響力を持っていた、思考プロセスはすべて言語に依存しているという行動主義的な教義に直接反論しているように思われた。 アナログ表現が思考において重要な役割を果たすことを示唆することにより、この発見はまた、認知科学という新しく登場した分野の中心にある、心の（デジタル）コンピュータモデルに対する一応の困難（必ずしも乗り越えられないものではないが）を提起した（Block, 1983a）。
A- 同一物でページの平面が回転している
B- 同一物で奥行きが回転している
C- 鏡像（奥行きも回転）
Shepard &メッツラーは、図1のA、B、Cのように、立方体の非対称の立体集合を描いたペアを実験に提示しました。 それぞれの組では、右側の絵は左側の絵と同じものであるが、元の位置からある量だけ回転したもの、あるいは回転しているだけでなく、左側の絵の鏡像であるもの（図1 C）を示している。 実験課題は、表示された2つの物体が回転を除いて同一なのか、鏡像なのかを、できるだけ早く（ボタンを押すことによって）判別することであった。 シェパードの仮説では、この課題は、描かれた物体の一方の立体的な心像を作り、この心像全体を想像の中で回転させて、もう一方の心像と対応させることができるかどうかで行われることになっている。 実験結果は、この考えを裏付けるものであった。なぜなら、それぞれの被験者において、一対の物体の両方が同一であると確認するのに要する時間は、両者の回転角度の違いに正比例して長くなることが判明したからである。 これは、あたかも被験者が心像を一定の速度で回転させているかのようであり（ただし、これは被験者によって異なるかもしれない）、心像を参照画像に対応させるのに時間がかかればかかるほど、その時間は長くなるのである。 実験後の質問では、ほとんどの被験者がこの方法でタスクを行ったと信じていることが確認された。 (興味深いことに、回転がページの平面であろうと奥行きであろうと違いはなかった）
この実験の優雅さと明確な結果（回転角度に対する反応時間の素晴らしい線形プロット）にもかかわらず、シェパードの解釈は、思考における不可逆的にアナログで本質的な空間プロセス、および彼がイメージとオブジェクト間の「2次同型性」と呼んだものの証拠であると、確かに疑問を持たれなかった（シェパード、1975, 1978b、1981、1984)。 シェパードが、画像は部分的に比較されるのではなく、全体として回転されることを示すと主張したことに対して、異議を唱える研究者もいた（Hochberg & Gellman, 1977; Pylyshyn, 1979a; Yuille, 1983）。 より根本的には、回転課題には本当にイメージが必要なのか、という疑問もある(Marks, 1999)。 結局のところ、イメージ記憶法を用いた実験と異なり、被験者は比較課題を行う際にイメージを用いるよう明示的に指示されておらず、結果（すなわち、反応時間と回転角度の線形関係）の代替説明が可能であったのである。 例えば、Just & Carpenter (1976; Carpenter & Just, 1978)は、Shepard & Metzler課題を行いながら被験者の眼球運動を追跡し、反応時間の線形増加は画像の内部回転からではなく、2枚の画像が相対回転するほど（その特徴を比較するために）多くの眼球運動をしなければならないことから生じると論じています。 1970年代初頭の心理学では、このような「イメージレス」な解釈は、まだ生きていたのである。 もちろん、被験者が心的イメージを形成し回転させたと主張することは否定されなければならないが、行動主義が心理学者にこの種の主観的、内省的なデータをほとんど重視しないように教えて久しいのである。
しかし、メンタルローテーションの根拠は、この有名な実験だけにはとどまらない。 シェパードと彼の学生たち（特にリン・クーパー）は、その後、かなり多くの異なる実験デザインで心的回転とその他の関連効果を実証することができた（シェパード&クーパーら、1982参照）そのほとんどは、回転イメージを仮定する必要がないような結果の代替解釈を妨げるようにデザインされていた。 これらの他の実験のほとんどは、同時に見える2枚の絵の比較を伴わないため、ジャスト&カーペンターが示唆したような眼球運動の説明の余地がないのである。 例えば、クーパー&シェパード（1973）は、通常の直立方向から回転させたアルファベットの文字を被験者に提示し、再び、その文字が通常の形か鏡像（後ろ向き）かを示すよう求めた（図2参照）。 暗黙の了解として、被験者は見せられた正立でない文字のイメージを、その文字が通常どのように見えるかの記憶と比較するために、正立の正規の向きに回転させるのである。 1975, 1976）も図3のような複雑な不規則多角形の心的回転に関するいくつかの実験を行い、この研究のいくつかは、被験者に明示的に多角形の心像（その形状はあらかじめ記憶している）を形成し回転させるよう指示することに依存していた。 この場合も、反応時間の角度に対する線形依存性が認められ、イメージの滑らかで規則的な回転が示唆された。 これらの実験に用いた明示的なイメージ指示の利点は、測定結果と自発的制御下にある意識的経験としてのイメージとの間に、より明確な関連性を持たせることができる点である。 しかし、その一方で、実験結果が「実験的要求」（要するに、被験者が実験者の望む結果を意図的に出そうとすることであり、実際の認知プロセスの根底には関係ない）の結果として説明されてしまう可能性が非常に高くなる。 イメージ実験における要求特性の問題」を参照）。 これは心理学者の間では、実験的な心理学研究の多くの分野で非常に現実的な問題であることがよく知られており（Orne, 1962）、この種のイメージ研究において特に問題であることが示されている（Intons-Peterson, 1983）。 しかし、クーパーのこれらの実験を、明示的なイメージ指示を用いず、実験的要求が結果に影響を与える足場をほとんど与えなかった他の回転実験（例えば、シェパード＜7887＞メッツラー、1971；シェパード＜7887＞クーパー、1973）（およびここでは論じない他の実験：シェパード＜7887＞クーパーら、参照）と合わせて考えるとき、このような実験が行われていることがわかる。
Figure 3
Cooper (1975, 1976) による心的回転実験に用いられた不規則多角形の一例である。）
オリジナルのShepard & Metzler(1971)デザイン（またはその変形）のメンタルローテーション実験は、被験者からの口頭報告にも、実験課題の実行にイメージを使用するという明示的な口頭指示にも依存しない点で、イメージ実験としてはほぼ唯一無二のものである。 このため、動物を対象とした実験に応用することができ、人間以外の動物におけるイメージの発生を直接的に証明する可能性がある。 しかし、鳥類（ハト）とさまざまな種のサルの両方でこれを行う試みの結果は、控えめに言ってもまちまちであり、大きくは期待はずれであった（Hollard & Delius, 1982; Rilling &Neiworth, 1987, 1991; Georgopoulos et al, 1989; Hopkinset al., 1993; Vauclair et al., 1993; Delius &Hollard, 1995; Köhler et al., 2005; Burmann et al., 2005; Nekovarova et al., 2013)。 驚くべきことに、どんな動物でもメンタルローテーションストラテジーを使うことができ、したがっておそらくイメージを経験できるという最も妥当な証拠は、アシカを使った研究から得られています（Mauck & Dehnhardt, 1997; Stichら,2003）。一方、この効果は特に視覚的イメージに依存するものではないようです。一般に視覚的なイメージを経験しないと考えられている先天性盲人被験者(Marmor & Zaback, 1976; Carpenter & Eisenberg, 1978)でも実証されており、触覚または運動感覚的イメージを回していると推定されるのです。 また、幼児(Örnkloo & von Hofsten, 2007)、高齢者(Dror et al., 2005)、神経症の人(Courboiset al.)でも精神回転能力が研究されている。 2004; Hinnell & Virji-Babul, 2004）、年齢、性別、さらには性的指向に関連したパフォーマンスの違いが研究されている（例えば、Richardson, 1994;; Terlecki &Newcombe, 2005; Levin et al, 2005; Quaiser-Pohl etal, 2006; Maylor et al.） さらに、メンタルローテーションの概念は、外科的技術の改善（Conradら、2006年）から失読症の理解と治療（Russelerら、,
メンタルローテーション（一般的なイメージと同様）の基本的なメカニズムについては論争が続いているが、最近では、眼球運動測定（de’Sperati, 2003）、脳内に埋め込んだ電極からの直接記録（Georgopoulos et al.)、機能的磁気共鳴画像法(fMRI)(例: Cohenet al., 1996; Richter et al., 2000; Creem et al., 2001; Koshino et al., 2005; O’Boyle et al., 2005)、EEG (Prime & Jolicoeur, 2010) および transcranialmagnetic stimulation (Ganis et al., 2000)など。 この研究の中には、視覚的イメージではなく、「運動イメージ」(Jeannerod,1994)に焦点を当てたものもある。 実際、運動過程や脳の運動野が、ごく一般的にメンタルローテーションに関与している可能性が示唆されている（Kosslyn, 1994; Wexler, Kosslyn &Berthoz, 1998; Wohlschläger, 2001; Tomasino et al.2005; Amorim et al.2006; Eisenegger et al.2007; ただしFrusberg & Boroditsky, 2011参照）
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