神経科学者は、脳の多様なドメインと領域、つまりそれらを定義する機能と活動、それらをつなぐ道路とハイウェイ、それらを線引きする境界の地図作成者です。脳の前方、額のすぐ後ろには前頭前皮質があり、判断の場として知られています。その背後には、動きの計画と調整を担う運動皮質があります。側面には、記憶と感情の処理に重要な側頭葉があります。それらの上に、体性感覚野があります。その背後には視覚野があります。
ノースイースタン大学の心理学者であるリサ・フェルドマン・バレットによると、研究者はしばしば、地図作成者が大陸に国を描くように脳とその機能を描写するだけでなく、「昔ながらの地図作成者が行った方法」で描いています。 「彼らは、心理的、精神的、または行動的に関心のあるものに関して脳を解析し、その機能をニューロンのさまざまなネットワークに割り当てます。まるでレゴ ブロックであるかのように、あたかもそこに確固たる境界があるかのように」。
しかし、端正な境界線を持つ脳の地図は単純化しすぎているだけでなく、誤解を招きます。 「科学者たちは100年以上にわたり、思考、感情、決定、記憶、移動、その他の日常的な経験の間の脳の境界を無益に探してきました」とバレットは言いました.最近の多くの神経学的研究は、これらの精神的カテゴリーが「脳がどのように構造化され、どのように機能するかを理解するためのガイドとして不十分である」ことをさらに確認しています。
神経科学者は一般的に、脳の物理組織がどのように組織化されているかについて意見が一致しています。つまり、特定の領域、ネットワーク、細胞型です。しかし、それらを脳が実行しているタスク (知覚、記憶、注意、感情、または行動) に関連付けるとなると、「物事はより危険になります」と、ニューヨーク大学の神経科学者である David Poeppel は述べています。
視覚皮質が視覚を可能にし、聴覚皮質が聴覚を可能にし、海馬が記憶に不可欠であることに異議を唱える人は誰もいません。これらの領域への損傷はそれらの能力を損ない、研究者はそれらの領域でそれらの根底にあるメカニズムを特定しました.しかし、例えば、記憶には海馬以外の脳のネットワークも必要であり、海馬は、記憶以外の認知プロセスの数が増加する鍵であることが判明しています.重複の程度が大きすぎて、ラベルが意味を失い始めることがあります。
「神経科学者が脳を理解しようとするために使用する精神的カテゴリーと、精神的イベントの神経的実装との間にある種の強い類似性があるという考えは、まったく間違っています」とバレットは言いました。
現在のフレームワークは重要な洞察につながっていますが、「研究を本当に窒息させているある種の罠にはまってしまいました」と、モントリオール大学の神経科学者であるポール・シセクは述べています。神経学的および心理的状態。
そのため、バレット、シセク、その他の科学者は、脳の仕組みを真に理解するためには、この分野の中核にある概念を、おそらく根本的に修正する必要があると主張しています。彼らはその課題に取り組みながら、脳に関する疑問を組み立てる新しい方法と新しい答えを明らかにしています。今月だけでも、そのようなアプローチの 1 つが、記憶形成と代謝調節との間の予想外の関連性を明らかにしました。しかし、たとえ新しい枠組みが脳の働きを説明することに成功したとしても、一部の研究者は、その成功の代償が人間の経験とのつながりを失うことになるのではないかと考えています.
「シャーロック ホームズよりも多くのエイリアス」
機能的磁気共鳴画像法 (fMRI) やその他の強力な技術により、ますます高度な方法で生きた脳を調べることが可能になったとき、神経科学者は私たちの精神機能の物理的基盤を熱心に探し始めました。彼らは、知覚、注意、学習、記憶、意思決定、運動制御、およびその他の精神活動の古典的なカテゴリーの神経基盤を理解する上で大きな進歩を遂げました.
しかし、彼らはまた、それらのカテゴリとそれらをサポートするニューラル ネットワークが期待どおりに機能しないという不穏な証拠も発見しました。脳の構造が確立された精神的カテゴリー間の境界を軽視しているだけではありません。単一の脳ネットワークが「シャーロック・ホームズよりも多くのエイリアスを持っている」ほど多くの重複があるということです、とバレットは言いました.
たとえば、最近の研究では、脳の 3 分の 2 が単純な眼球運動に関与していることがわかりました。一方、脳の半分は呼吸中に活性化されます。 2019 年、いくつかの科学者チームは、視覚野などの「知覚」領域の神経活動のほとんどが、感覚入力ではなく、動物の動きに関する情報をエンコードしていることを発見しました。
このアイデンティティの危機は、知覚の神経中枢やその他の認知機能に限定されません。すべての脊椎動物の脳にある構造である小脳は、ほぼ独占的に運動制御に専念していると考えられていましたが、科学者は、注意プロセス、感情の調節、言語処理、および意思決定にも関与していることを発見しました。大脳基底核は、通常は運動制御に関連する脳の別の古代の部分であり、いくつかの高レベルの認知プロセスに同様に関与しています.
これらの紛らわしい結果の一部は、方法論的な問題に起因している可能性があります。たとえば、人間の脳がさまざまな機能を実行する場所を見つけるために、神経科学者は通常、認知プロセスをfMRIで測定された脳活動のパターンと関連付けます。しかし、調査によると、研究者は測定値を汚染する可能性のある関係のない筋肉のけいれんやそわそわに対してより注意を払う必要がある.
「あなたは、あなたの結果が高度な認知について何かを語っていると思っているでしょう」と、NYU 医学部の神経科学者 György Buzsáki は言いました。被験者の] 目の動きが異なっています。」
しかし、彼と他の科学者は、最近の発見が神経科学におけるより深い概念上の問題も浮き彫りにしていると信じています。 「私たちは、先入観に基づいて脳の領域を分割します。私が知る限りでは間違っていますが、それらの先入観には境界があり、同じ境界が脳機能にも存在すると仮定しています」と Buzsáki 氏は述べています。
2019 年、スタンフォード大学の神経科学者である Russell Poldrack と彼の同僚は、認識されている精神機能のカテゴリーがどれほど適切かをテストすることに着手しました。彼らは、作業記憶、反応抑制、学習など、認知制御のさまざまな側面をテストするために設計された実験から得られた大量の行動データを収集し、それを機械学習分類器で実行しました。結果として得られた分類は期待に反し、脳の結果の従来のカテゴリを混同し、それらを「より一般的な構造の観点から一緒に移動する」ように見える新しいグループに分類した.これは私たちの意識的な経験とは直接関係がないかもしれません.
ポルドラックの同僚による別の研究では、知覚または記憶のいずれかを測定することを意図したタスクは、「結局のところ、実際にはさまざまな構成要素を測定していない」ことがわかった、とポルドラックは述べた。 「これら 2 つのカテゴリが実際には不正確であることを示唆しています。」 「知覚」や「記憶」が役に立たない用語ではない、と彼は強調した。しかし、「脳の働きを理解したいのであれば、おそらく特定の機能を理解するためのより正確な方法が必要です。」
認識のテストと記憶のテストを区別する方法さえ明確でないという事実は、これらのカテゴリー構造が「実際には心の組織化機能ではない可能性がある」ことを示唆しています、と Poldrack 氏は述べています。
一部の科学者は反論し、視覚野が単に視覚に関与しているわけではないこと、または記憶ネットワークがその名前が示す以上のことを行っていることを知っている限り、カテゴリー自体を必ずしも再考する必要はないと主張しています。しかし、ジョンズ・ホプキンス大学の神経科学者であるジョン・クラカワーは、「用語の過度に広範で曖昧な使用は、私たちが生成する実験や仮説の種類に有害な影響を与えることがあります」と述べています.
これはおそらく、感情と気分に関する研究で最も明白です。
恐怖と混乱
Joseph LeDoux はニューヨーク大学の神経科学者であり、脳の恐怖中枢と呼ばれることが多い扁桃体に関する先駆的な研究で知られています。しかし、そのフレーミングは非常に間違っており、非常に有害であると彼は言います. 「恐怖の感情が扁桃体からどのように発生するかを発見した人物として、私は何年にもわたって紹介されてきました」と彼は言いました. 「でも、このように紹介されると、いつもちょっとたじろいでしまいます。最後に、私は十分でした。」
LeDoux は過去 10 年間、扁桃体が恐怖の生成にまったく関与していないことを強調してきました。恐怖は、状況の認知的解釈であり、記憶やその他のプロセスに結び付けられた主観的な経験であると彼は指摘します。一部の人々が恐怖として経験する心理的現象は、他の人にとっては非常に異なるものとして経験される可能性があります.研究によると、恐怖感は前頭前皮質と関連する脳領域で発生します。
一方、扁桃体は、脅威の処理と対応に関与しています。これは、太古の潜在意識の行動および生理学的メカニズムです。 「証拠は、行動を引き起こすのは必ずしも恐怖ではないことを示しています」と LeDoux は言いました。
扁桃体を恐怖センターと呼ぶことは無害に思えるかもしれませんが、「扁桃体は恐怖のすべてのセマンティックバッグを継承しています」と彼は続けた。その間違いは、不安を軽減することを目的としたものを含め、薬を開発する試みを歪める可能性があります.潜在的な治療法がストレス下の動物でテストされた場合、動物があまり臆病に振る舞わなかったり、生理的覚醒が弱かったりすると、通常は不安や恐怖のレベルが低下したと解釈されます。しかし、薬は、不安感を治すことなく、誰かの行動または生理学的反応 (扁桃体の出力) を変えることができる、と LeDoux は述べた.
「この混乱のために、この分野全体が苦しんでいます」と彼は言いました。
同様の問題は、感覚刺激の物理的処理とその意識的経験がしばしば一緒に束ねられる知覚の研究など、他の分野でも発生すると彼は付け加えた.どちらの場合も、LeDoux は「これらは引き離す必要がある」と考えています。
状況に応じた機能
しかし、特定の機能への神経系の関与は単にすべてか無かというわけではないという発見により、さまざまな脳領域の重要性を分析することはさらに複雑になります。処理内容の詳細に左右される場合もあります。
嗅周囲皮質と呼ばれる内側側頭葉の一部を取り上げます。これは、皮質の古典的な「記憶」システムの重要な構成要素です。国立精神衛生研究所のエリザベス・マレーらは、さまざまな程度で互いに類似するように変形されたペアから、人間とサルが目的の画像を選択するように求められる実験を行いました.
彼らは、特定の量の機能の重複が存在する場合にのみ、嗅周囲皮質がタスクの実行に関与していることを発見しました。画像が似ているか似ていない場合、鼻周囲皮質は人間やサルの成績とは何の関係もありませんでした。同様に、伝統的に視覚認識で役割を割り当てられていた下側頭葉皮質は、特定の状況でのみ記憶タスクに重要であることが判明しました.
元NIMHの退職した神経生物学者スティーブン・ワイズにとって、この調査結果は、専門的な視覚、聴覚、体性感覚、または実行機能の観点から皮質領域を分類するのではなく、研究者がそれらが表す情報のさまざまな組み合わせを研究する必要があることを意味します. 1 つの領域が、「オレンジ」とオレンジ色の正方形の「正方形」など、フィーチャの単純な組み合わせを表すことに関与している可能性があります。他の領域は、視覚的特徴のより複雑な組み合わせ、または音響または定量的情報の組み合わせを表すように進化した可能性があります。
ワイズは、この脳の組織化スキームが、精神活動の伝統的な地図に予想外の機能的重複がある理由を説明していると主張しています.各領域が情報の特定の組み合わせを表す場合、「それは、記憶、知覚、注意、および行動の制御のために行われます」とワイズは言いました.
マレーが彼女の実験で使用した知覚と記憶のタスクが嗅周囲皮質を時々しか含まなかったのもそのためです。各タスクの画像が変形するにつれて、それらを区別する特徴の組み合わせが変化しました.
ワイズの表象フレームワークは、脳の細分化を再考する 1 つの方法にすぎません。他の研究者は、ほとんどの神経科学研究を導く部品リストに問題があることに同意していますが、それに対処する方法についてはほとんどコンセンサスがありません.
そして、この分野のより急進的な再考を支持する科学者でさえ、それを概説するのは難しいと感じています. 「物事がうまくいかないことを示すのは簡単です。難しいのは、ここからどこへ行くかです」と、メリーランド大学の神経科学者であるルイス・ペソアは言いました。 「私は[しばしば]非常に多くの用語を使用していることに気づきましたが、その使用そのものを批判していました. 「注意」「感情」「動機」を言わずに、どうすればすべてを言うことができるでしょうか?」
モントリオールの Cisek は、進化の観点から概念カテゴリを再構築し始めている数人の研究者の 1 人です。過去 5 年間、彼は脊椎動物の進化を丹念に調べ、行動システムの漸進的な専門化を調べてきました。
「脳には機能的な細分化が存在します」と彼は言いました。 「そして、彼らには実際に進化の歴史があります。その歴史を特定できれば、概念をよりよく特定するのに役立ちます。」
Cisek は、脳活動の新しい内訳を使用して、たとえば大脳基底核が一部の意思決定タスクで重要な役割を果たし、他のタスクではそうでない理由を説明しています。 「『意思決定』という用語も『注意』という用語も、実際には脳内のものに対応していないことに気付くでしょう」と彼は言いました. 「代わりに、脳には特定の非常に実用的な回路があり、『接近』や『回避』などの特定のことを行います。…それらのいくつかは注意のように見えます。」
ブザキも同様の見方をしている。 「まず脳のメカニズムを調べ、それらがなぜ、どのように進化したのかを調べる必要があります」と彼は言いました。たとえば、記憶、将来の計画、想像力はすべて、同じ神経メカニズムによって部分的にコード化されています。これは、同じシステムをさまざまな目的に再利用できるため、進化の観点からは理にかなっています。 「[それら] のすべてを 1 つとして考えたほうがよいかもしれません」と彼は言いました。
このアプローチは、すでにいくつかの興味深い発見につながっています。 Buzsáki は何年もの間、記憶の保存と検索を可能にする海馬の脳活動の一種である鋭い波紋を研究してきました。でも今月は 自然 、彼の元博士課程の学生であるデビッド・ティングリーとブザキの研究室の他の人々は、血糖値の調節を助けるというまったく新しい機能を明らかにしました.
「私たちは2つの非常に異なる両極端を結び付けています」とBuzsáki氏は言いました - 基本的な代謝プロセスと高レベルの認知プロセスです.彼は現在、2 つの間のより深い関係を明らかにし、身体調節のための鋭い波紋が記憶形成のためにどのように転用されたかについての洞察を得ることを望んでいます.
パニックにならない
メンタルカテゴリーを研究する別のアプローチも可能です。たとえば、バレット、ペソアなどは、脳全体の神経活動とさまざまな行動を同時に検討しています。 「システムの各部分が相互作用しながら、システム全体を研究します」と Barrett 氏は言います。記憶、知覚、注意などの機能カテゴリは、「脳の状態の特徴」として理解できます。
行動データに関する彼の以前の研究で明らかになった直観に反するグループ化のために、Poldrack は新しいカテゴリのモデルフリーでデータ駆動型の検索に引き続き関心を持っています。彼は、精神的な概念を計算用語で書き直すことができる可能性があると考えています。おそらく、人工ニューラル ネットワークのレイヤーを定義する数学的記述の簡略化されたバージョンとしてです。
これらの潜在的な解決策にはそれぞれ欠点があります。 「しかし、古いアプローチでは答えられなかったすべての質問によって、新しいアプローチを評価することはありません」とバレットは言いました。 「どのような新しい質問が刺激されるかに基づいて評価します。」
「これを行う正しい方法はありません」と彼女は付け加えました。 「良い方法と悪い方法しかありません。」
ポルドラックは同意した。 「『記憶』という言葉をもう使わないで、と言いたい人はいないと思います」と彼は言いました。しかし、脳を理解するには、脳がどのように機能するかについての直感に挑戦する必要があるかもしれません。「量子力学が世界の物理現象の理解と一致するのと同じように」
もう 1 つの重要な考慮事項は、新しいフレームワークが最終的にどれほど意味のあるものになるかということです。 「知識に関しては得られるかもしれませんが、実際には自分自身を理解するのをやめてしまうかもしれません」と Krakauer は言いました。
脳がどのように機能するのか疑問に思うとき、それが意味することを望んでいると彼は説明しました。それとも興奮したとき？主観的な経験や慣れ親しんだ認知概念から離れすぎると、脳について学んだことは銀河ヒッチハイク・ガイドの「42」のようになるのではないかと彼は心配しています。 :正解ですが、考えていた質問とは異なります。 「さて、私たちはそれと一緒に暮らすつもりですか？」クラカワーは尋ねた.
