他の声の上下やエアコンのうなりの中で、騒々しい部屋で会話を拾うことができます。雑然とした海の中で鍵のセットを見つけたり、急いでいる車の進路にアライグマが飛び込んでいるのを見つけたりすることができます。膨大な量の情報が私たちの感覚にあふれていても、私たちは重要なことに集中し、それに基づいて行動することができます.
注意プロセスは、関連する刺激にサーチライトを当てて、残りを除外する脳の方法です。神経科学者は、サーチライトの照準と電力を供給する回路を特定したいと考えています。何十年もの間、彼らの研究は皮質を中心に展開してきました。皮質は、知性と高次認知に一般的に関連する脳の外側にある折り畳まれた構造です。皮質の活動が感覚処理を促進し、関心のある機能を強化することが明らかになりました.
しかし現在、一部の研究者は別のアプローチを試みており、脳が情報を増強する方法ではなく、情報を抑制する方法を研究しています。おそらくもっと重要なことは、このプロセスが脳のはるかに深いところにある、より古い領域に関係していることを発見したことです。これらの領域は、注意に関してあまり考慮されていません.
そうすることで、科学者たちはまた、身体と心がどのように自動感覚体験、身体の動き、より高いレベルの意識を通じて深く、そして密接に絡み合っているかをよりよく理解するために、うっかりして赤ちゃんの一歩を踏み出し始めました.
サーキット探し
長い間、注意は意識やその他の複雑な機能と非常に複雑に結びついているように見えたため、科学者はそれが何よりもまず皮質の現象であると考えていました。その考え方から大きく逸脱したのは、1984 年、DNA の構造に関する研究で知られる Francis Crick が、注意を喚起するサーチライトが視床と呼ばれる脳の奥深くにある領域によって制御されていることを提案したときでした。感覚ドメインとフィード情報を大脳皮質に送ります。彼は、感覚視床が中継局としてだけでなく、ゲートキーパーとしても機能するという理論を開発しました。これは、単なる橋渡しではなくふるい分けであり、特定のレベルの焦点を確立するためにデータの流れの一部を阻止します.
しかし、数十年が経過し、実際のメカニズムを特定する試みは実りのないものでした。特に、実験動物の注意を研究する方法を確立することが非常に難しいためです.
しかし、マサチューセッツ工科大学マクガバン脳研究所の神経科学者であるマイケル・ハラッサは、それを止めませんでした。彼は、情報が大脳皮質に到達する前に感覚入力がどのようにフィルタリングされたかを正確に特定し、Crick の研究がそこにあることを暗示している正確な回路を突き止めたいと考えていました.
彼は、視床網状核 (TRN) と呼ばれる抑制性ニューロンの薄い層に惹かれました。TRN は、殻のように残りの視床を包み込んでいます。 Halassa がポスドク研究員になるまでに、彼はすでにその脳領域に粗いレベルのゲーティングを発見していました。TRN は、動物が目を覚まし、その環境で何かに注意を払っているときに感覚入力を通過させるように見えましたが、動物は眠っていました。
2015 年、Halassa と彼の同僚は、TRN が Crick の長い間求められていた回路の一部であることをさらに示唆する、別のより細かいレベルのゲーティングを発見しました。今回は、動物の注意がさまざまな感覚に分かれているときに、何に注意を向けるべきかを選択する方法に関係しています。この研究では、研究者は、点滅するライトとスイープするオーディオトーンの指示に従って走るように訓練されたマウスを使用しました。次に、光と音から相反するコマンドを動物に同時に提示しましたが、どの信号を無視するかについても合図を出しました。マウスの反応は、いかに効果的に注意を向けているかを示していました。課題全体を通して、研究者は確立された技術を使用してさまざまな脳領域の活動を遮断し、何が動物のパフォーマンスを妨げているかを調べました。
予想通り、脳の他の部分に高レベルのコマンドを発行する前頭前皮質が重要でした。しかし、チームはまた、試験でマウスが視覚に注意を向ける必要がある場合、視覚TRNのニューロンをオンにすると、マウスのパフォーマンスが妨げられることも観察しました.そして、これらのニューロンが沈黙すると、マウスは音に注意を払うことがより困難になりました。事実上、ネットワークは、興奮性プロセスではなく、抑制性プロセスのつまみを回していました。TRN は、前頭前皮質が気を散らすと見なした情報を抑制していました。マウスが聴覚情報を優先する必要がある場合、前頭前皮質は視覚視床を抑制するためにその活動を増加させるように視覚 TRN に指示し、無関係な視覚データを取り除きます。
注意を喚起するサーチライトの比喩は逆でした。脳は関心のある刺激に対して光を照らしていませんでした。他のすべてのライトを下げていました.
研究の成功にもかかわらず、研究者は問題を認識しました。彼らは、クリックの予感を確認しました。前頭前皮質は、視床に入る感覚情報のフィルターを制御します。しかし、前頭前皮質は TRN の感覚部分とは直接関係がありません。回路の一部が欠落していました。
今まで。 Halassa と彼の同僚は、最終的に残りの部分を配置し、その結果は、注意の研究にどのように取り組むべきかについて多くを明らかにしています.
隠す、暗くする、点滅する
2015 年に使用したものと同様のタスクを使用して、チームはさまざまな脳領域が互いに機能的に及ぼす影響と、それらの間のニューロン接続を調査しました。彼らが発見した完全な回路は、前頭前皮質から大脳基底核と呼ばれるはるかに深い構造（多くの場合、運動制御や他の多くの機能に関連する）に行き、TRNと視床に行き、最終的により高い場所に戻る.皮質領域。たとえば、視覚情報が目から視床に渡されると、それが特定のタスクに関連していなければ、すぐに傍受される可能性があります。大脳基底核は、前頭前皮質の指示に従い、介入して視覚 TRN を活性化し、無関係な刺激を排除することができます。
「これは興味深いフィードバック経路であり、これまでに説明されたことはないと思います」と、メリーランド州国立衛生研究所国立眼科研究所の神経科学者で、この研究には参加していない Richard Krauzlis 氏は述べています。
さらに、研究者は、このメカニズムが別の感覚への意識を高めるために、ある感覚を除外するだけでなく、単一の感覚内の情報もフィルタリングすることを発見しました。マウスが特定の音に注意を払うように指示されると、TRN は聴覚信号内の無関係な背景ノイズを抑制するのに役立ちました。ロチェスター大学の神経科学者である Duje Tadin 氏は、感覚処理への影響は、「1 つの感覚モダリティに対して視床領域全体を単に抑制するよりもはるかに正確である可能性があります」と述べています。
「私たちは、あまり重要でないものを取り除く方法を無視することがよくあります」と彼は付け加えました。 「そして、多くの場合、それが情報を扱うより効率的な方法だと思います。」騒がしい部屋にいる場合は、声を大きくして聞こえるようにするか、騒音源を排除してみてください。 (Tadin は、選択的注意よりも迅速かつ自動的に発生する他のプロセスで、この種の背景抑制を研究しています。)
ハラッサの調査結果は、脳が予想よりも早く無関係な知覚を脇に追いやることを示しています。プリンストン大学の認知神経科学者である Ian Fiebelkorn は、「興味深いのは、情報が視覚野に到達する前の最初のステップでフィルタリングが開始されていることです」と述べています。
ただし、このように感覚情報を放り出す脳の戦略には明らかな弱点があります。つまり、投棄された知覚が予想外に重要になる可能性があるという危険性です。 Fiebelkorn の研究は、脳がこれらのリスクを回避する方法を持っていることを示唆しています。
人々が注意のサーチライトについて考えるとき、Fiebelkorn は、動物がその認知資源をどこに向けるべきかを照らす、安定した、継続的に輝くビームとしてそれを考えている、と Fiebelkorn は言います。しかし、「私の研究が示しているのは、それは真実ではないということです」と彼は言いました。 「代わりに、スポットライトが点滅しているようです。」
彼の調査結果によると、注意スポットライトの焦点は、おそらく動物が環境内の単一の場所または刺激に過度に集中し続けるのを防ぐために、1秒間に約4回比較的弱くなるようです.重要なことを非常に短時間抑圧することで、他の周辺刺激が間接的に促進され、必要に応じて脳が注意を他の何かに移す機会が生まれます。 「脳は定期的に気が散るように配線されているようです」と彼は言いました。
Fiebelkorn と彼の同僚は、Halassa のチームと同様に、この配線を説明するために皮質下領域にも注目しています。今のところ、彼らは視床のさらに別の部分の役割を研究していますが、将来的には大脳基底核も調べる予定です.
グラウンディング認知の実践
これらの研究は重要な変化を示しています。注意プロセスは、かつて皮質だけの領域であると理解されていました。しかし、Krauzlis 氏によると、過去 5 年間で「大脳皮質の下で何かが起こっていることが少し明らかになってきました」。
シカゴ大学の神経生物学者であるジョン・マンセルは、「ほとんどの人は、大脳皮質が私たちのためにすべての重労働を行うことを望んでいますが、それは現実的ではないと思います.
実際、注意における大脳基底核の役割に関するハラッサの発見は特に興味深いものです。その理由の一部は、それが脳の非常に古い領域であり、選択的注意の一部とは通常見なされていないためです。 「魚はこれを持っています」とクラウズリスは言いました。 「顎を持たないヤツメウナギのような最も初期の脊椎動物に戻ると、彼らは基本的に大脳基底核の単純な形と、これらと同じ回路のいくつかを持っています。」魚の神経回路は、注意がどのように進化したかについてのヒントを提供する可能性があります。
Halassa は、特定の種類の入力に対する過敏症として現れることが多い注意欠陥多動性障害や自閉症などの状態について、注意と大脳基底核との関係が何を明らかにするかに特に興味をそそられています.
しかし、大脳基底核の関与についておそらく最も興味深い点は、この構造が通常、運動制御に関連しているということです。ただし、報酬に基づく学習、意思決定、およびその他の動機に基づく行動にも研究がますます関与していることが明らかになりました。 .
Halassa の研究室で行われている作業により、大脳基底核の役割は、感覚制御も含むように拡張されました。これは、「注意とは、正しい順序で次から次へと順番に並べることと、気を散らされるべきではないことに気を取られないようにすることです」という事実を浮き彫りにします. 「運動構造がこれに関与しているという考えは…ある意味では適切です—次に何に注意を向けるか、次に何に感覚資源を集中させるかを決定するプロセスの中心にあるはずです。」
これは、能動的推論として知られるプロセスに基づくプロセスとしての注意、および全体としての認知の急速な見解と一致しています。脳は環境から情報を受動的にサンプリングして、観察された外部刺激に反応するわけではありません。逆もまた起こり、体の動きは目のちらつきと同じくらい小さく、知覚も誘導します。感覚系と運動系は「独立して機能するのではなく、一緒に進化した」と Fiebelkorn 氏は述べています。したがって、運動領域は出力 (動物の行動) を形成するのに役立つだけではありません。また、入力を形作るのにも役立ちます。ハラッサの調査結果は、そのより積極的な役割をさらに裏付けるものです。
アムステルダム VU 大学の認知科学者 Heleen Slagter は、次のように述べています。 「私たちが身の回りの世界をどのように認識するかを学ぶ方法は、まさに行動を通じてです。」大脳皮質との高レベルの相互接続は、注意を超えても、「これらの皮質下構造は、高次認知において、私がしばしば考えられているよりもはるかに重要な役割を果たしている」ことを示唆しています.
そしてそれは、神経科学の最もとらえどころのない主題である意識について考える方法についてのヒントを提供する可能性があります.ハラッサの研究やその他の研究で証明されているように、「注意の神経相関を見るとき、実際には知覚の神経相関をある程度見ています」とマンセルは言いました。 「脳がどのように機能するかを理解しようとするという点で、これは全体像の一部です。」
Slagter は現在、大脳基底核が意識の中で果たす役割を研究しています。 「私たちは身体を使って世界を体験するのではなく、身体によって世界を体験します。そして、脳は世界で有意義に行動するために世界を表しています」と彼女は言いました. 「したがって、意識的な経験は、注意と同じように、行動と密接に結びついているに違いないと思います。」 「意識は行動志向であるべきです。」
9 月 23 日に追加された訂正:マイケル・ハラッサのマクガバン脳研究所との提携が追加されました。
この記事はに転載されました TheAtlantic.com .
