彼の神経科学と神経心理学の分野がどこで間違った方向に進んだかについて話すとき、ニューヨーク大学のデビッド・ポッペルは言葉を切り刻むことはありません. 2月に開催された米国科学振興協会の年次総会で、満員の部屋に向けて、「データの乱れはあるが、理解はほとんどない」と語った.彼は、実験室で脳の配線の断片的な測定を行う実験の「認識論的不毛性」を非難しましたが、自然界の行動や心理的現象に関する指導理論から切り離されています。これらの断片を単純に足し合わせるだけで、最終的に複雑な思考の意味のある全体像が得られると考えるのは妄想的だと彼は言いました.
彼は、Caenorhabditis elegans の例を挙げました。 、最も研究されている実験動物の 1 つである回虫。 「これは私たちが文字通り裏返しに知っている生物です」と彼は言いました.科学はその302個のニューロンのすべて、それらのすべての接続、および線虫の完全なゲノムを解明したからです. 「しかし、C の動作について満足のいくモデルはありません。エレガンス 、" 彼は言った。 「何かが足りない。」
Poeppel は、現状を攻撃するあぶ以上のものです。最近、彼の研究室は現実世界の行動を使用して脳活動研究の設計を導き、発話の神経科学における驚くべき発見につながりました.
ポッペルのような批評は何十年も前にさかのぼります。 1970 年代に、影響力のある計算神経科学者である David Marr は、脳やその他の情報処理システムは、直面している特定の問題とそれらが見つけた解決策 (彼が計算レベルの分析と呼んだもの) の観点から研究する必要があると主張しました。彼らの行動の背後にある理由。システムが何をするか (アルゴリズム分析) や物理的にどのように行うか (実装分析) だけを見るだけでは十分ではありません。 Marr が死後に出版された著書 Vision:A Computational Investigation into the Human Representation and Processing of Visual Information に書いたように 、「…ニューロンを理解することによって知覚を理解しようとすることは、羽だけを理解することによって鳥の飛行を理解しようとするようなものです。それはできません。」
Poeppel と彼の共著者は、Neuron に掲載された論文でこの伝統を引き継いでいます 去年。その中で彼らは、脳を操作して測定するための「説得力のある」ツールに過度に依存することで、科学者が道に迷う可能性があることを確認しています。たとえば、多くの種類の実験では、神経活動の特定のパターンを特定の行動にマッピングしようとしています。たとえば、ラットが迷路でどちらの方向に走るかを選択しているときに、ニューロンが脳の特定の領域でより頻繁に発火することを示しています。 .しかし、これらの実験は、ラットがその選択をしているときに脳の残りの部分で何が起こっているかを簡単に見落とす可能性があり、それは同様に関連性があるかもしれません.あるいは、ラットがストレスを受けたときにニューロンが同じように発火することを見逃す可能性があるため、選択を行うこととは関係がない可能性があります.最悪なことに、研究された行動が自然に起こることを正確に反映していない場合、実験は最終的に無意味になる可能性があります:実験室の迷路をナビゲートするラットは、野生の穴をよじ登るラットとはまったく異なる精神状態にある可能性があります。結果は危険です。優れた実験計画は、これらの問題を解決するには限界があります。
彼の批判に対する一般的な反論は、神経科学が成し遂げた大きな進歩は、主に彼が過ちを犯した種類の研究によるものだというものです. Poeppel はこれを認めているが、関連する行動の背後にある目標の体系的な分析から研究がより頻繁に開始された場合、関連する行動に関与するニューロンの操作にジャンプするのではなく、神経科学は複雑な認知および感情現象 (神経およびゲノムの細目ではなく) についてより多くのことを知るだろうと主張している。彼らの生産。少なくとも、その分析は生産的な方法で研究の対象を絞るのに役立つ可能性があります.
これは、Poeppel と彼の研究室のポスドクである M. Florencia Assaneo が最近達成したことであり、Science Advances の論文で説明されています。 .彼らの研究室では、言語処理を研究しています。Poeppel の言葉を借りれば、「音波がどのようにアイデアを頭に浮かび上がらせるか」です。
人が会話を聞くとき、耳は音波を神経信号に変換し、聴覚皮質をはじめとする脳のさまざまな部分で処理および解釈されます。何年にもわたる神経生理学的研究により、聴覚皮質の神経活動の波がオーディオ信号の「エンベロープ」、つまりラウドネスが変化する周波数にロックすることが観察されています。 (ポッペルが言ったように、「脳波は音波に波及する」。)このようにオーディオ信号を非常に忠実に「同調」することにより、脳はおそらく、音声を処理のために扱いやすいチャンクに分割します。
さらに興味深いことに、いくつかの研究では、人々が話し言葉を聞くと、音声を制御する運動皮質の部分にも同調信号が現れることがわかっています。おそらく理解を助けるために、彼らは聞いた言葉に沿って静かに話しているように見えますが、Assaneoは、どのような解釈も非常に物議を醸していると私に強調しました.科学者は、実際に何が起こっているのかを推測することしかできません.また、聴覚皮質が運動皮質のパターンを直接駆動しているのか、それとも脳内の他の場所の活動の組み合わせが原因なのかは謎のままです.
アサネオとポッペルは、現実世界での言語の振る舞いを観察された神経生理学に結びつけるという仮説を立てて、新しいアプローチを取りました。彼らは、聴覚皮質に同調された信号の周波数が一般的に約 4.5 ヘルツであることに気付きました。これは、たまたま、世界中の言語で音節が話される平均速度でもあります。
彼女の実験では、Assaneo は人々に 2 から 7 ヘルツのレートで演奏される無意味な音節の弦を聴かせ、聴覚および言語運動皮質の活動を測定しました。 （彼女は無意味な音節を使用して、運動野に間接的に影響を与える可能性がある場合に備えて、脳が発話に対して意味的な反応を示さないようにしました。 ) 聴覚皮質の信号が運動皮質の信号を駆動する場合、それらはテスト全体を通じて互いに同調したままにする必要があります。運動皮質信号が独立している場合、変化しないはずです。
しかし、Assaneo が観察したことは、かなり興味深く、驚くべきものでした、と Poeppel は言いました。音声が通常の話し言葉よりも速く変化すると、運動皮質が同期しなくなります。計算モデルは後に、これらの結果が、運動皮質が約 4 ～ 5 ヘルツで自然に動作する独自の内部振動子を持っているという考えと一致することを確認しました。
Poeppel と Assaneo によると、これらの複雑な結果は、研究者の行動に関連したアプローチをいくつかの点で立証しています。彼らの装置は、脳内の 160 チャネルを 1 ヘルツまでのサンプリング レートで監視します。それは非常に多くの神経生理学的データを生成するので、単純に相関関係を探していたら、疑う余地のないものを間違いなく見つけていたでしょう。言語学と言語行動から引き出された情報 (すべての話し言葉に現れるため、4 から 5 ヘルツの範囲の信号には特別な何かがあるという観察) から始めることによってのみ、研究者は意味のある検索を絞り込むことを知りました。その範囲のデータ。そして、彼らが発見した聴覚皮質と運動皮質の特定の相互作用は非常に微妙であるため、研究者はそれらを自分で探すことは決して考えなかったでしょう.
アサネオによると、彼らは脳のリズムと発話がどのように相互作用するかを調査し続けています。他の質問の中でも、彼らは、より自然なリスニング体験が彼らが見た関連の限界を取り除くことができるかどうかに興味を持っています. 「理解度や注意力によって同調の周波数範囲が広がる可能性があります」と彼女は言いました.
