神経科学者たちは、脳スキャナーで映画を上映することにより、空港での旅行からプロポーズに至るまで、私たちの経験の記憶の足場を形成する神経スクリプトの豊富なライブラリを発見しました。
「イベント スクリプト」は、空港内での移動中に展開されるイベントなど、繰り返し発生する一連のイベントをエンコードする個別の神経指紋です。
酒井幸三、Quanta Magazine
標準的な 52 枚のカードのデッキでカードをシャッフルした後、世界記憶力チャンピオンを 3 回獲得したアレックス・マレンは、20 秒以内にカードの順序を記憶することができます。彼はカードをめくりながら、家の中を頭の中で散歩します。郵便受け、玄関、階段など、旅の各ポイントにカードを貼り付けます。カードを思い出すために、彼は旅行を追体験します。
「位置法」または「記憶宮殿」と呼ばれるこのテクニックは、脳が自然に物語の記憶を構築する方法を反映しているため、効果的です。マレンのカードの順序に関する記憶は、馴染み深い旅の足場の上に構築されています。私たちは皆、毎日同じようなことをしています。レストランでの食事中や空港内での移動中に展開される繰り返しのステップなど、見慣れた一連の出来事を、特別な前菜やセキュリティでフラグが立てられた物体など、特定の詳細の基準として利用しているからです。全体的な説明により、後で注目すべき機能を思い出しやすくなります。
コロンビア大学の認知神経科学者クリストファー・バルダッサーノ氏は、「あなたはこれらの詳細を取得し、事前知識に結び付けているのです」と述べた。 「私たちは、これが自伝的記憶を作る方法だと考えています。」
心理学者は約50年前にこの理論を経験的に導入したが、脳内にそのような足場があるという証拠は欠けていた。そして 2018 年に、バルダッサーノはそれを発見しました。それは、脳スキャンから得られた物語体験の神経指紋であり、標準的な人生の出来事の中で連続的に再生されます。彼は、脳は、レストランや空港、商談やプロポーズなど、予想されるシナリオに対応するスクリプトの豊富なライブラリを、人の生涯にわたって構築すると考えています。
これらの標準化されたスクリプトとそこからの逸脱は、これらのイベント タイプの特定のインスタンスを私たちがどのように、そしてどの程度よく記憶するかに影響を与えることが、彼の研究室によって発見されました。そして最近、Current Biologyに掲載された論文で 2024 年秋、彼らは、個人が複雑な現実世界の出来事に対して支配的な脚本を選択できることを示しました。たとえば、レストランでプロポーズを見ているとき、私たちは無意識のうちにプロポーズかレストランの脚本のどちらかを選択する可能性があります。それによって、私たちがどのような詳細を覚えているかが決まります。
コロンビア大学の神経科学者クリストファー バルダッサーノは、fMRI 脳スキャンのデータに隠された構造を明らかにする新しい計算アプローチを開発しました。
Hatnim Lee :Quanta Magazine
Baldassano の研究は 2 つの重要な革新に基づいています。過去 10 年にわたり、認知神経科学者のグループは、映画を使用して現実的な経験の脳の記録を研究する賢い方法を磨き上げ、バルダッサーノは、機械学習を使用してこれらの映画セッション中に記録された複雑なデータを解読する進歩の先駆者となりました。
彼のアプローチは、この種の研究に「多くの洗練」をもたらしたと、この研究には関与していないオレゴン大学の神経科学者ブライス・クール氏は述べた。 「それはこの分野に多大な影響を与えました。」
この分析により、人間の脳が物語の記憶をどのように構築するかについて新たな理解が生まれました。脳のほぼ全体が関与しており、記憶を特定の脳領域に置くという以前の考えに反しています。そして、記憶は一時的な断片として構築され、それぞれの長さは 1 秒から 1 分になります。
脳はそれらの部分をイベント スクリプトの足場に配置します。 「それはすべて構築です」と、この研究には関与していないセントルイスのワシントン大学の神経科学者ザカリア・リー氏は言う。 「何が起こったのかを、起こったままに正確に記録するビデオカメラがあるわけではありません。経験の断片に基づいて、何が起こったと思うかを再構築する必要があります。」
映画のような刺激
私たちが日常生活を送りながら、その瞬間に脳が実際に何をしているのかを理解することは、非常に困難です。人間の脳の働きを研究するための最良のツールの 1 つは機能的磁気共鳴画像法 (fMRI) ですが、この方法では、拘束された姿勢で提示される人工刺激に反応する間、大きな磁石の穴の中にじっと横たわる必要があります。これは日常生活の現実とはかけ離れた設定です。
1990 年に発表された脳スキャン法は、神経活動の代用として血流を検出します (ニューロンが発火している場合、酸素を含んだ血液が必要です)。初期の頃、fMRI は不正確でした。fMRI は脳領域全体の平均的な活動を記述していました。その後、2000 年代初頭、技術と分析の進歩により、ボクセルと呼ばれる 3 ミリメートル立方体の脳で構成される脳活動の高解像度画像が実現されました。これらのボクセルのさまざまな活動は、さまざまな精神状態や精神活動の種類を示す指紋に似たパターンを作成します。
研究者らは、ボクセル解析を利用して、特定の記憶、思考、知覚が脳のどこで処理されたかを特定するだけでなく、その内容も特定したいと考えていた。脳活動だけから、被験者がテニスラケットを見ているのか、親友のことを考えているのか、あるいは昔のオフィスのことを思い出しているのかを判断できるだろうか？これらの被験者はそれぞれ、独自のニューロンのセットを活性化する必要があります。 「これらのフィンガープリントのライブラリ (メモリごとに 1 つ) があれば、特定のフィンガープリントを検索することで、特定のメモリがいつアクティブ化されているかを追跡できるようになります」と Baldassano 氏は述べています。
ボクセル解析が開発されていたのとほぼ同時期に、他の研究者は「MRI 装置内で映画を上映したらどうなるだろうか?」と考えました。それ以前は、研究者はフラッシュカードや静止画像を使用するのが一般的でしたが、実際の記憶を生み出す鮮やかで多感覚で進化する経験の代用としては不十分でした。しかし、映画は物語を伝えます。 「物語は、人が自分の一日、一週間、そして人生を思い出す方法の基本です」と、プリンストン大学で記憶研究の先駆者であり、バルダッサーノとともにポスドクを務めたジョンズ・ホプキンス大学の神経科学者、ジャニス・チェンは語る。しかし、人生の風景と同様、映画の中の刻々と変化する 3 次元画像は非常に複雑なので、多くの研究者は fMRI データの氾濫を理解する方法がないと考えていました。
Baldassano の研究は、人々が特定のイベント スクリプトを選択できれば、自分の記憶をある程度制御できることを示唆しています。
Chris Baldassano 氏のご厚意
「データをどのように分析するかがわからなかったため、以前はそのような研究は行われませんでした」とチェン氏は言いました。
2004 年、イスラエルのワイツマン科学研究所の神経科学者ウリ ハッソンとその同僚は、ボクセルの茂みを通る道を彫り始めました。彼らの研究の1つでは、5 人が脳スキャナーに横たわりながら善人、悪人、醜い人を 30 分間視聴しました。 (1966)、クリント・イーストウッド主演のスパゲッティ・ウエスタン。研究者らは、5人の参加者のデータを比較し、いつ、どこで脳活動が一斉に上昇または低下したかを指摘した。これらの収束点により、プロットの意味のある変化など、映画の特定の部分に反応する領域が明らかになりました。この実験では、映画を観たときの脳のリアルタイムの反応を理解できることがわかりました。
2012 年に、チェンは当時プリンストンにあったハッソンの研究室に加わり、記憶へのアプローチを拡張しました。彼女は人々にテレビ番組シャーロックの最初のエピソードを見てもらいました。 （2010）では、ベネディクト・カンバーバッチが伝説の刑事の現代版として出演しています。その後、研究参加者はスキャナーに横たわったまま、その記憶を語りました。
実験はうまくいきました。チェン氏らは、参加者の回想中に記録された脳活動を、約60秒間の特定の場面（たとえば、シャーロックとワトソンが出会った場面）と照合することに成功した。あるシーンを思い出すと、それを見ているときと同様の脳活動が呼び起こされ、それらのパターンは被験者間でほぼ共有されており、異なる人々が同じ経験を同じ方法で記憶に定着させたことを示唆しています。
この結果はまた、映画が体験を記録するための普遍的な人間のコードを解くために使用できることを意味しました。しかし、そのコードには多くの層があり、それらを剥がし始めるには脳に興味のあるコンピューター科学者が必要です。
全脳の問題
バルダッサーノがチェンのシャーロックについて初めて知ったとき 「これは私が今まで見た中で最もクールなプロジェクトだと思いました」と彼は言いました。彼はコンピューターサイエンスの博士号をほぼ修了した後、博士研究員の職の面接を受けるためにプリンストン大学に来ていた。彼はスタンフォード大学の大学院生として、写真を見ている人々から記録されたマルチボクセル fMRI パターンを分析する機械学習技術を開発しました。
バルダッサーノは記憶の研究には興味がなかった。彼は、この分野が単語リストを中心に展開していると想像していましたが、それは退屈に思えました。しかしその頃、 彼はアインシュタインとのムーンウォーキング:すべてを記憶する芸術と科学という本を読んでいました。 この記事では、ジャーナリストのジョシュア・フォアが、軌跡の手法を使用して記憶力チャンピオンシップに向けてトレーニングした自身の努力について詳しく語っています。バルダッサーノ氏はまた、当時 3 歳の息子が、物語の形で伝えられた情報をすぐに学習する様子を観察していました。そのとき彼は、人間の記憶は人生経験の物語に基づいて構築されていることに気づきました。
彼はハッソンの研究室に加わることを決めた。 「脳は、（fMRI研究で）画像をフラッシュするという人間に対して行う通常のことよりも、映画のことをはるかに気にしています」と彼は言う。 「新たな発見ができる大きなチャンスがあるように思えました。」
彼は、計算の専門知識をチェンのシャーロックに適用することから始めました。 データ。彼女は研究の中で、自分にとって納得のいく方法で、番組のシーンと人々の回想の境界を定義しました。彼女の取り組みは、人は自然に連続した経験を記憶の中に断片化するという考えであるイベントセグメンテーション理論に基づいていました。しかし、このアプローチは主観的なものであり、エラーが発生する可能性がありました。バルダッサーノは脳データ内のイベントセグメントを探し始めました。彼が見つけたものは驚くべきものでした。
Baldassano 氏は、出来事が脳内でどのようにエンコードされるかについてのデータを共有しています。彼は、レストランで食べ物を注文するなど、繰り返しの経験の際に、さまざまな人が同様の神経パターンを活性化することを発見しました。
Hatnim Lee :Quanta Magazine
彼は、隠れマルコフ モデルと呼ばれる機械学習手法を微調整して、fMRI データで動作できるようにしました。このアルゴリズムは、テレビ番組のエピソードなど、時間の経過とともに続くイベントの構造を認識するようにトレーニングできます。このアプローチはコンピューターサイエンスから借用したもので、神経画像処理にとっては新しいものでした。 「それが私に楔を与えてくれた」とバルダッサーノは語った。この戦略により、彼は膨大なデータセット、つまりシャーロックの 50 分間のセグメント中に 1.5 秒ごとに取得された、脳全体の約 50,000 ボクセルからの神経活動の測定値を分類することができました。 .
このモデルは、脳のデフォルト モード ネットワークに明確な信号があることを明らかにしました。このネットワークは、内部の物語の構築に関与するさまざまな認知機能を実行していると考えられています。このネットワークの中心ハブは前頭前皮質で、額の後ろにあり、人の目標、計画、決定に関与します。ネットワークは、ストーリーの展開や新しい会話の話題など、刺激における意味のある変化に反応します。 シャーロックで データによると、視聴者がシーンの変化として認識したものに対応して、アクティビティの劇的な変動が 1 分程度ごとに発生しました。
「バルダッサーノ氏の手法を使えば、人々が映画を見ているときの継続的な脳のデータを取得して、空間活動パターンの突然の変化がどこにあるのかを探すことができます。そしてそれは人々が映画の境界であると言うものと一致しました」とチェン氏は述べた。 「これは、データに基づいてエクスペリエンスをセグメント化する方法でした。」
モデルは別のことを明らかにしました。脳は、人々が意味のあるシーンの変化として認識する境界でセグメント化しているだけではありません。脳の一部は、経験をより短いセグメントに細分化しました。視覚系では、照明や風景の変化に応じて、活動の変化がおよそ 1 秒ごとに発生しました。オブジェクトを表す中間レベルの視覚領域では、脳の活動が 30 秒ごとに変化し、たとえば画面上を移動するカンバーバッチを追跡します。
研究者らは、視聴者がこれらの異なる物語の断片を組み合わせて一貫した体験を作り出すことを提案しました。一般に信じられているように、記憶は他のいくつかの領域とともに海馬の一領域であるのではなく、バルダッサーノの研究は、記憶の形成には多くの脳領域間の連携が関与していることを示唆しました。
「記憶は一つのものではありません。一枚岩ではありません」とリー氏は言う。 「あなたの記憶には、さまざまな経験のレシピが含まれています。」
しかし、バルダッサーノは、これらの作品が人生（またはテレビ）のエピソードごとに新たに組み立てられるとは信じていませんでした。 「イベントが始まるときには、すでに何らかの足場ができています」と彼は言いました。 「これはまだ色が塗られていない塗り絵のページのようなものですが、多くの線はすでにそこにあります。イベントが発生するときは、特定の詳細を記入することになります。」
レストランでの食事、空港の訪問、授業への出席、食料品の買い物など、私たちの日常の経験の多くは反復的です。バルダッサーノ氏は、脳は記憶の足場を形成する「イベント スクリプト」の豊富なライブラリを構築すると考えています。
Hatnim Lee :Quanta Magazine
心理学者は1970年代にそのような足場が存在することを正式に提案していた。しかし、この研究分野は人気がなくなっていました。その主な理由は、脳内で研究するための優れたツールを誰も持っていなかったためです。バルダッサーノは今やそれらのツールを手に入れました。そして彼は、映画やテレビを使って、私たちが記憶を構築する台本を研究する方法について、賢明なアイデアを持っていました。
スクリプトに従う
人生と同じように、映画も共通のテーマを繰り返す傾向があります。ロマンティック コメディーやディザスター フリック、スーパーヒーローやエイリアンとの遭遇などがありますが、これらすべてのジャンルには、レストランでの食事や空港でのレースなどの共通点があります。 Baldassano は、この冗長性を利用して、脳の塗り絵のいくつかのページを見つけ出すことに着手しました。
33 人の研究参加者がそれぞれ fMRI 装置に横たわっている間、彼は 8 本の映画からのクリップを上映しました。そのうち 4 本はレストラン (ブラジル ) を舞台にしたものでした。 [1985]、デレク [2008]、氏 豆 [1997] とパルプ フィクション [1994]) と空港で設定された 4 つ (期限) [2010]、グッド ラック チャック [2007]、ナイト アンド デイ [2010] とノンストップ [2014])。すべてのレストラン クリップには、多かれ少なかれ同じ一連のイベントが含まれていました。つまり、キャラクターがレストランに入り、着席し、注文し、食事をしました。空港クリップにはすべて、人々が空港に到着し、保安検査を通過し、歩いてゲートで待ち、飛行機に搭乗する様子が映っていた。ただし、映画はジャンル、俳優、ストーリー ポイントなどの細部で異なります。
この研究では大量のデータが生成され、バルダッサーノ氏は自分自身でこの研究に初めて取り組み、空港のシーンの特定の時間における脳活動のパターンを手動でチェックしました。彼は、多くのことがわかるとは期待していませんでした。fMRI データは不鮮明でノイズが多く、この技術ではアクセスできない活動がたくさんあります。しかし、彼は何か興味深いものを発見したと思った。 2017 年のグループ ミーティングで結果のスライドを共有したとき、チェンは「なんと、うまくいきました!」と叫びました。
「一度ジャニスがそれがうまくいったと言ってくれたので、私は何か間違ったことをしていないと確信しました」とバルダッサーノ氏は思い出します。
それから彼はコンピューターに分析を実行させました。バルダッサーノ氏がそのデータを fMRI に最適化した隠れマルコフ モデルに接続すると、特定の種類のイベントについて人々や映画全体で共有される脳活性化パターンの決定的なシーケンスが明らかになりました。すべてのレストランのクリップでは、俳優が入店するときに 1 つのパターンが表示され、着席すると別のパターンに変化し、食べ物を注文すると再び変化し、食べ物が到着すると再び変化します。すべてのレストランのストーリーは平均してこれら 4 つのイベント パターンを共有しており、その上にストーリー固有の違いがいくつか追加されています。空港の映画も同様に脳内で表現され、シーケンスの各ステップは前頭前野に集中する予測可能な脳間指紋によって特徴づけられました。
マーク・ベラン/クアンタ・ マガジン
その結果、脳は知覚したものを単に記録するわけではないことが明らかになりました。むしろ、出来事や物語に対する脳の反応のほとんどは、その種の出来事が通常どのように展開するかという記憶から生じています。言い換えれば、私たちは過去を通して現在を処理します。
Baldassano の研究、神経科学ジャーナルに掲載 は2018年に、記憶を構築するには2つの重要なステップがあることを示しました。私たちは一日を過ごす中で、単純な認識から驚くべき展開に至るまで、さまざまなサイズと複雑さの断片として新しい経験を記録します。一方、私たちの脳は、同様のイベントに関する知識に基づいて、これらの新しいイベントのテンプレートにアクセスし、進化する記憶の断片をそのコンテキストに配置します。
結局のところ、思い出は、空白のキャンバスに最初からレンダリングされるというよりも、数字でペイントすることに似ていることがわかりました。
フレーム シフト
熟練のチェスプレイヤーは、盤面を一目見るだけで駒の位置を覚えることができますが、ほとんどの人にとって、配置を再構築するのは面倒なものです。チェスのマスターは多くの対局を経験しているため、他の人が細部に圧倒されるパターンを認識しています。同様に、レストランで友人に会うとき、店員が食べ物の注文を取りに来ることがわかります。基本的な一連の出来事に戸惑うことがないので、味や会話の詳細、隣のテーブルの人のことなどをよりよく思い出すことができます。
言い換えれば、スクリプトがあると記憶力が強化されるということです。サセックス大学で日常の経験に関する記憶を研究しているクリス・バード氏は、「世界についてすでに知っていることを当てはめると、物事を思い出すのがずっと簡単になります」と語る。さらに言えば、機能する物語のテンプレートがなければ、理論上、記憶力はさらに悪くなるはずです。
Baldassano 氏は、fMRI データを使用してこの現象をテストできる可能性があります。彼女のシャーロックに対するチェンのアプローチを反映 研究では、参加者がまだスキャナーに入っている間に、空港とレストランのシーンを説明してもらいました。脳の活性化パターンからわかるように、映画を観ている間に脚本の重要な部分をすべてうまく起動した人は、脚本を弱くしか再現しなかった人よりも、細部の記憶力が優れていました。
「彼らがこの空港の一連のパターンをオンラインに持ち込むという良い仕事をしているのを見れば、彼らはこの特定の空港のストーリーをより詳細に思い出すことができるだろうと予測されました。」
とバルダッサーノ氏は言いました。場合によっては、物語や生活の中で複数のスクリプトが同時に実行されることがあります。その場合、どのスクリプトがアクティブになるかが、イベントの記憶に影響を与える可能性があります。
Current Biology に掲載された研究で 2024年、バルダッサーノのチームは、ロケ地（レストラン、空港、食料品店、講堂）上で社交的な台本（別れ、プロポーズ、商談、または出会い）が展開される短い音声ストーリーを録音した。それから彼は、聞き手に、聞きながら演じる役割を与えました。レストランでのプロポーズに関するストーリーでは、一部のリスナーはレストラン評論家のふりをするよう求められ、他のリスナーはウェディング プランナーとしてキャストされました。
参加者が撮影したフレーム（場所または社会）は、その人がストーリーから記憶する詳細に影響を与えます。両方のスクリプトのエコーはすべてのリスナーでアクティブでしたが、支配的なスクリプトは脳データ内の重要なイベントとよりよく一致していました。たとえば、ウェディング プランナーの観点から見ると、食べ物を注文することはプロポーズにおいて興味深い展開ではないため、その時点では活動パターンは切り替わりませんでした。あるキャラクターが別のキャラクターに結婚を求めたときに切り替わりました。
この研究は、私たちが出来事を経験し記憶する方法は、出来事自体の性質ではなく、主に私たちの精神状態から生じることを強調しています。 「被験者に何をプライムするか、つまり社会情報か位置情報かなど、どのような種類の情報が関連するかに基づいて、脳のセグメントが経験する方法を変えることができます」とクール氏は言う。 「それは斬新な貢献ですね。」
神経科学者のクリストファー・バルダッサーノ氏は、「脳スキャナーで人間に対して行う通常のこと（脳スキャナーで画像をフラッシュすること）よりも、はるかに多くの脳が映画に関心を持っている」と述べた。 「新たな発見ができる大きなチャンスがあるように思えました。」
Hatnim Lee :Quanta Magazine
そしてそれは、人々が記憶していることに対して何らかの力を持っていることを示唆しています。 「これらのものを活性化させるのは純粋な刺激ではありません」とバルダッサーノ氏は言う。 「入ってくる情報をどのように分類するかを自分の意志でコントロールできます。」つまり、あなたの先入観と目標があなたの経験とそれについての記憶を形作ります。出来事の特定の詳細を覚えておく傾向にある考え方を採用することは可能かもしれません。
これらの文字とそのニュアンスを理解することで、記憶障害を解明できる可能性があるとバード氏は述べた。アルツハイマー病などの記憶障害によって引き起こされる見当識障害の一部は、スクリプトの品質が低下したりアクセスできなくなったりしている可能性があります。 「[スクリプトの概念は]、私たちが普段どのように世界を理解しているのか、また、これらのプロセスに障害があると、なぜ世界が非常に混乱した場所になり得るのかを知るための窓を与えてくれます。」とバード氏は言いました。
一方で、記憶力の擁護者である Mullen のように、スクリプトを活用して記憶力を向上させることもできます。現在進行中の研究で、バルダッサーノ氏のチームは 25 人に遺伝子座の方法を使って 40 個の単語のリストを暗記する方法を教えました。たとえば、レストランのスクリプトを使用する場合があります。「滝」を思い出すために、レストランの後ろにある滝を想像するかもしれません。 「顕微鏡」というと、非常に小さな食べ物を想像するかもしれません。
研究の開始時点では、9 単語以上を覚えている人は誰もいませんでした。最後までに全員が少なくとも 35 点を思い出しました。満点を獲得した人もいましたが、マレンのスピードに匹敵する人は誰もいませんでした。 「私たちは一般の人たちにこれをやらせることに本当に成功しました」とバルダッサーノ氏は言いました。
この脚本作成プロセスは私たちの生涯を通じて行われます。経験、日常生活、冒険が原材料の大部分を構成しますが、本や映画などのメディアも記憶の足場を築きます。
バルダッサーノは息子たちと一緒にこの試合を観戦することに魅了されている。幼児の頃、彼の子供たちは特にメイジーマウスに関する本が好きでした。このシリーズでは、メイジーは図書館に行き、歯医者に行き、水泳を習い、そしてもちろん空港にも行きます。ストーリーや事件のようなものはほとんどありません。ネズミはスーツケースをチェックし、セキュリティを通過して飛行機に乗ります。バルダッサーノは本を「ひどく退屈」だと感じましたが、彼の子供たちは釘付けになりました。
「これは 100% 単なるスキーマの指示です」と彼は言いました。子どもたちは何が起こっているのかを理解するための精神的な足場が欠けているため、世界は子どもたちにとって当惑する可能性があります。本やその他のメディアは、神経生物学的レベルで、彼の子供たちが残りの人生を生きていくのに役立つ脚本を書くのに役立ちます。バルダッサーノは、「これは構築すべき非常に重要な種類の知識だ」ということを誰よりもよく知っています。
