「違和感がある」時の脳の活動

国立神経疾患脳卒中研究所の研究で、てんかんの患者14人に協力してもらい、高周波脳波が過去と現在の違和感を見つけるのにどのように役立つかを発見しました。

神経活動の高周波は、期待に合わないものを見るとエラーメッセージを伝えるように見えます。

が低周波は、記憶を更新している可能性があります。

Imagine you are sitting on the couch in your living room reading. You do it almost every night. But then, suddenly, when you look up you notice this time something is different. Your favorite picture hanging on the wall is tilted ever so slightly. In a study involving epilepsy patients, National Institutes of Health scientists discovered how a set of high frequency brain waves may help us spot these kinds of differences between the past and the present.

参照元：https://www.ninds.nih.gov/News-Events/News-and-Press-Releases/Press-Releases/how-brains-know-when-somethings-different
– NIH /国立神経疾患脳卒中研究所 NIH/National Institute of Neurological Disorders and Stroke. Monday, December 14, 2020 –

あなたが居間の読書のソファに座っていると想像してみてください。

あなたはほぼ毎晩それをします。

しかし、突然、見上げると、今度は何かが違うことに気づきます。

壁に掛かっているお気に入りの写真は、これまでになくわずかに傾いています。

てんかん患者を対象とした研究で、国立衛生研究所の科学者は、一連の高周波脳波が過去と現在のこの種の違いを見つけるのにどのように役立つかを発見しました。

NIHの国立神経障害脳卒中研究所（NINDS）の主任研究員であるKareem Zaghloul氏は話します。

「私たちの結果は、私たちが記憶に保存するすべての経験を使用して、将来の期待と予測を設定できることを示唆しています。この研究は、脳が特定の神経活動パターンを使用して、私たちの期待を現在と比較する方法を示しています。」

「最終的に、これらの結果が、健康な状態や病気の状態で脳が現実をどのように描写するかをよりよく理解するのに役立つことを願っています。」

この研究は、MD、Ph.DのRafiHaque氏が主導しました。

アトランタのエモリー大学医学部の学生で、Zaghloul博士との論文研究を完了していました。

彼の主な研究目標は、予測コーディングと呼ばれる理論を、エピソード記憶として知られる過去の経験を脳がどのように記憶するかに適用できるかどうかをテストすることでした。

Haque博士は話します。

「予測コーディングは基本的に、脳が情報を処理するために神経活動を最適化することを示しています。言い換えれば、理論は、脳が新しい情報を処理するために、私たちが精通しているものよりも多くの神経活動を使用すると予測しています。」

「何年にもわたる研究により、これは、緑の草のような一般的な光景がどのように見えるか、または特定の鳥のさえずりなどの日常の騒音がどのように聞こえるかを予測する方法であることが示されています。」

「脳が同様のプロセスを使用しているかどうかを知りたいと思いました。私たちの経験を管理するためにです。」

このアイデアをテストするために、チームは、発作の診断と治療を目的としたNIHクリニカルセンターの試験の一環として、脳に電極のグリッドが外科的に埋め込まれた薬剤耐性タイプのてんかんの14人の患者と協力しました。

実験は、患者が見せられ、コンピューター画面に表示された一連の4つの自然のシーンを暗記するように求められたときに始まりました。

たとえば、シーンの1つは、緑の茂みの前にあるキックスタンドに直立した茶色の自転車のシーンでした。

数秒後、彼らは新しい画像のセットを見せられ、シーンを認識したのか、何か違うことに気づいたのかを尋ねました。

一部の画像は以前と同じでしたが、他の画像は、赤い鳥などの何かをシーンに追加または削除することによってわずかに変更されました。

平均して、患者はリピートシーンの88％、何かが欠けているシーンの68％、何かが追加されたシーンの65％を正常に認識しました。

いずれの場合も、気付くのに約2秒半かかりました。

患者のサブセットをさらに分析すると、追加の82％と削除の70％を見つけることに成功したことが示されました。

不思議なことに、彼らの目はしばしば追加に固執しましたが（83％）、何かが削除されたシーンの領域にはほとんど固執しませんでした（34％）。

Zaghloul博士は話します。

「全体として、これらの結果は、新しい経験を思い出すだけでなく、その経験の記憶を使用して将来の期待を設定するのにほんの一瞬かかることを示唆しています。」

一方、電気的記録により、患者が繰り返しのシーンをうまく覚えた時間と、シーンの変化を見つけた時間との間の脳波活動の違いが明らかになりました。

どちらの状況でも、コンピューター画面にシーンが現れると、脳の後ろにある視覚処理センターである外側後頭皮質の神経活動の高周波の強度が上昇しました。

サージは前方に流れ、数ミリ秒後に内側側頭葉と呼ばれる記憶センターに到着しました。

また、どちらの状況でも、患者の脳は、最初にシーンを目撃したときに観察された神経活動パターンを再現しているように見えました。

Haque博士は話します。

「これらの結果は、視覚体験の記憶が脳内の特定の経路をたどるという考えを裏付けています。」

違いは、患者がシーンの変化を認識したときに活動の急増がより強かったということでした。

さらに、これらの瞬間の間に、2番目のより低い周波数の波が外側後頭皮質と内側側頭葉を同期して鳴り響くように見えました。

Zaghloul博士は説明します。

「私たちのデータは、視覚野への期待が視覚野と内側側頭葉の間のフィードバックループによって制御されているという考えを裏付けています。神経活動の高周波は、私たちの期待に合わないものを見るとエラーメッセージを伝えるように見えますが、低周波は私たちの記憶を更新している可能性があります。」