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神経が伝達する内容は予想と実際の相違のみ

ドレスデン工科大学の研究チームは、感覚が捉える外の世界と、脳が予測する外の世界の不一致について調査しました。

大脳皮質は常時次に何が起こるかを予測し、感覚処理をするニューロンは、予測と実際の現実の相違のみを変換する事が判明しました。

Dresdner Neurowissenschaftler:innen zeigen, dass die menschliche Hörbahn Geräusche entsprechend vorheriger Erwartungen widergibt. Die Ergebnisse sind jetzt in der renommierten Fachzeitschrift eLife veröffentlicht worden.

参照元：https://tu-dresden.de/tu-dresden/newsportal/news/menschen-hoeren-das-was-sie-zu-hoeren-erwarten
– ドレスデン工科大学 TechnischeUniversitätDresden. 08.01.2021 – 

人間は自分自身とお互いの世界を知覚するために自分の感覚に依存しています。

感覚が外界への唯一の窓であるにもかかわらず、人々は彼らが外部の物理的現実をどれほど忠実に表現しているかを疑うことはめったにありません。

過去20年間、神経科学の研究により、大脳皮質は常に次に何が起こるかについての予測を生成し、感覚処理を担当するニューロンは私たちの予測と実際の現実との違いのみをエンコードすることが明らかになりました。

Katharina von Kriegstein教授が率いるドレスデン工科大学の神経科学者のチームは、大脳皮質だけでなく聴覚経路全体が以前の予想通りの音を表していることを示す新しい発見を提示します。

彼らの研究では、チームは機能的磁気共鳴画像法（fMRI）を使用して、19人の参加者が一連の音を聞いている間の脳の反応を測定しました。

参加者は、シーケンス内のどの音が他の音から逸脱しているかを見つけるように指示されました。

次に、参加者の期待が操作され、シーケンスの特定の位置で逸脱した音が期待されるようになりました。

神経科学者は、聴覚処理に関与する皮質下経路の2つの主要な核である下丘と内側膝状体の逸脱した音によって誘発される反応を調べました。

参加者は、逸脱が予想される位置に配置された場合、逸脱をより速く認識しましたが、皮質下核は、予期しない位置に配置された場合にのみ音をエンコードしました。

これらの結果は、知覚を仮説検定のプロセスとして説明する感覚処理の一般理論である予測コーディングのコンテキストで最もよく解釈できます。

予測コーディングは、脳が次の瞬間のように物理的な世界がどのように見えるか、聞こえるか、感じるか、嗅ぐかについての予測を絶えず生成していること、そして私たちの感覚の処理を担当するニューロンがこれらの予測の違いだけを表すことによってリソースを節約することを前提としています。

この出版物の最初の著者であるアレハンドロ・タバス博士は、調査結果について話します。

「物理世界に対する私たちの主観的な信念は、私たちが現実をどのように知覚するかについて決定的な役割を果たします。」

「神経科学の数十年の研究は、大脳皮質、人間と類人猿で最も発達している脳は、これらの信念を実際の感覚情報と照らし合わせてテストすることにより、感覚の世界をスキャンします。このプロセスが、脳の最も原始的で進化的に保存された部分も支配していることを示しました。現実世界に対する私たちの主観的な信念によって深く汚染されています。」

これらの新しい結果は、皮質下経路に向けて人間の感覚処理を研究する神経科学者に新しい方法を開きます。

おそらく主観性は本質的に人間であるという公理的信念と、大脳皮質が人間と他の哺乳類の脳との間の分岐点であるという事実のために、主観的信念が皮質下感覚に及ぼす可能性のある役割にはこれまでほとんど注意が払われていませんでした。

予測が日常生活に与える重要性を考えると、期待が皮質下経路にどのように伝達されるかについての障害は、認知に深刻な影響を与える可能性があります。

最も広範囲に及ぶ学習障害である発達性失読症は、皮質下聴覚経路の反応の変化と、聴覚の刺激規則性を利用することの難しさにすでに関連しています。

新しい結果は、失読症の人が発話の知覚に困難を感じる理由の統一された説明を提供し、感覚処理に関連する他の神経障害の起源に関する新しい一連の仮説を臨床神経科学者に提供する可能性があります。

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