聞いたり見たりすることで「脳がモノをシミュレートする領域」を発見

人々が「電話」という単語を聞くと、電話の姿・形を想起するのか、呼び出し音を想起するのか、電話を使用している事を想起するのか、これまでは謎でした。しかし、研究者たちはこの謎を解き明かし、脳がどのようにモノをシミュレートするかを突き止めました。

To understand the world, we arrange individual objects, people, and events into different categories or concepts. Concepts such as ‘the telephone’ consist primarily of visible features, i.e. shape and color, and sounds, such as ringing. In addition, there are actions, i.e. how we use a telephone.

参照元：https://www.cbs.mpg.de/how-we-retrieve-our-knowledge-about-the-world?c=7533
– マックスプランク人間認知・脳科学研究所 Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciences. MAY 07, 2021 –

世界を理解するために、私たちは個々の物、人、出来事を異なるカテゴリーや概念に分類します。

例えば、「電話」という概念は、形や色などの目に見える特徴と、呼び出し音などの音から構成されています。

加えて、電話をどのように使うかという動作もあります。

しかし、電話という概念は、目の前に電話機があるときだけ脳内に生じるのではありません。

電話という言葉が出てきただけでも、その概念は現れます。

「電話」という言葉を読めば、脳は「電話」という概念を思い浮かべます。

実際に電話を見たり、聞いたり、使ったりした場合と同じ脳の領域が活性化されます。

このように、電話の名前を聞いただけで、脳は電話の特性をシミュレートしていると考えられます。

しかし、これまでは、電話という概念全体が呼び出されるのか、音や動作などの個々の特徴だけが呼び出されるのか、また、それぞれの特徴を処理する脳領域だけが活性化されるのか、状況に応じてはっきりしていませんでした。

つまり、私たちが電話を思い浮かべるとき、常に電話のすべての機能を思い浮かべるのか、それともその場で必要な部分だけを思い浮かべるのか。

また、電話が鳴ったときには音の知識を、電話を使うときには動作の知識を思い出すのでしょうか？

ライプツィヒにあるマックスプランク人間認知脳科学研究所の研究者たちは、このたびその答えを見つけました。

それは、「状況に依存する」ということです。

例えば、被験者が「電話」という言葉に関連する音を思い浮かべた場合、大脳皮質の対応する聴覚領域が活性化されますが、この領域は実際の聴覚でも活性化されます。

また、電話を使うことを考えると、それに伴う動作を司る身体運動野が活動する。

このような感覚に依存した、いわゆるモダリティ特有の領域に加えて、音と動作の両方を一緒に処理する領域があることがわかりました。

いわゆるマルチモーダル領域の1つが、左下頭頂小葉（IPL）です。

この領域は、両方の機能が要求されたときに活性化しました。

また、感覚的な印象や動作に基づく特徴だけでなく、用語を理解し分類するための基準が他にもあるはずだということもわかりました。

これは、実在する言葉と創作された言葉を区別することだけを被験者に求めたときに明らかになりました。

ここでは、動作や音では働かない領域、いわゆる前側頭葉（ATL）が活躍しました。

ATLは、感覚とは無関係に、抽象的に概念を処理しているようです。

これらの発見から、研究者たちは最終的に、人間の脳内で概念的な知識がどのように表現されているかを示す階層的なモデルを構築しました。

このモデルによると、情報は階層を経るごとに抽象化されていきます。

最下層にあるのは、個々の感覚や行動を処理するモダリティ固有の領域です。

これらの領域は、IPLのようなマルチモーダル領域に情報を伝達します。

IPLは、音や行動など、複数の関連する知覚を同時に処理します。

感覚的な印象から切り離された特徴を表すアモーダルなATLは、最も高いレベルで動作します。

抽象度の高い特徴ほど、処理されるレベルが高く、実際の感覚的印象から離れていることになります。

本研究の筆頭著者であるPhilipp Kuhnke氏は話します。

「モノ、ヒト、出来事などの概念は、それらに関連する感覚的な印象や行動と、抽象的な記号のような特徴から構成されていることがわかりました。どの特徴が活性化されるかは、それぞれの状況やタスクに大きく依存します。」

Cerebral Cortex誌に掲載された続報では、概念的な特徴を検索する際に、モダリティ特異的な領域とマルチモーダルな領域が、状況に応じて連動することも明らかになりました。

マルチモーダルIPLは、音を想起するときには聴覚領域と、動作を想起するときには体動領域と相互作用していました。

このことから、モダリティ特有の領域とマルチモーダルな領域の相互作用が、研究参加者の行動を決定していることがわかりました。

これらの領域が連携するほど、被験者は言葉と動作や音をより強く関連付けることができました。

この相関関係を調べるために、被験者は機能的磁気共鳴画像装置（fMRI）の中に横たわった状態で、さまざまな単語のタスクを解きました。

このタスクでは、被験者は、名前のついた物体が音と動作のどちらと強く結びついているかを判断しなければなりませんでした。

研究者たちは、彼らに4つのカテゴリーの単語を見せました。

1）「ギター」のように音と動作が結びついているもの
2）「プロペラ」のように音と動作が結びついていないもの
3）「ナプキン」のように音と動作が結びついていないもの
4）「衛星」のように音と動作が結びついていないもの