会話相手の話が終わる前に計画されている「会話を実現させている脳の活動」

私たちが会話している時、脳はどのような活動をしているのでしょうか。
脳は、音の知覚、返答の計画、言葉を構成する音の生成（調音）を組み合わせることで、自然な会話を実現しているようです。

A new study has identified a brain circuit that is active while we plan our spoken replies during conversation.

参照元：https://nyulangone.org/news/study-reveals-brain-networks-enabling-human-conversation
– NYUグロスマン医科大学 NYU Langone Health. JANUARY 5, 2022 –

私たちが会話の中で返事を考えているときに活性化している脳回路を特定する新しい研究が発表されました。

この研究は2022年1月5日付の英科学誌『ネイチャー』オンライン版に掲載されたもので、会話相手の番が終わる前に計画され、1秒にも満たない短い時間で発せられる返事を可能にする脳の演算処理に焦点を当てたものです。

ニューヨーク大学グロスマン医学部とアイオワ大学の研究者が率いるこの研究では、一瞬の言葉のやりとりのための発話計画中に、これまでこの機能とは関連がなかった領域を含む、異なる脳領域が活性化することが明らかにされました。

筆頭著者であるニューヨーク大学グロスマン医学部のトーマス＆スザンヌ・マーフィー神経科学・生理学教授は話します。

「今回の研究は、これまで捉えどころのなかった、言葉のやり取りを可能にする計画の背後にある脳のネットワークを特定するものです。」

「この研究は、750万人の声を使うのが苦手なアメリカ人のための新しい治療法の設計の指針となることが期待されます。その中には、自閉症のような症状に伴う場合や脳卒中による外傷の結果、言語処理の困難な失語症や、言語動作の計画が困難な失行症の患者も含まれています。」

3つのプロセス

長年、研究者は頭皮に電極を貼る脳波計（EEG）を使って、言語機能と脳回路を結びつけようと試みてきました。

この装置は、神経細胞の大きなグループが電気信号を伝達するために「発火」する際に見られる、電気信号の急激な変化を測定するものです。

しかし、EEGでは神経回路の位置を十分な解像度で特定できず、もう一つの一般的な技術である機能的磁気共鳴法では、返事の会話プランに関連する活動パターンを捉えるのに十分な速度が得られなかった、と研究者らは述べています。

これらの非侵襲的な方法は、日常会話中の脳の動きを追跡するこの分野の能力に重大な盲点を残している、と著者らは述べています。

もうひとつの技術である皮質脳波計（ECoG）は、頭皮ではなく脳の表面に直接電極を配置することで、こうした障害を克服しています。

ECoGの高速・高精度な測定により、脳は、聞こえている音の知覚、返答の計画、言葉を構成する音の生成（調音）を組み合わせることで、自然な会話を実現していることが明らかになりました。

他の心電図研究では、知覚と発声に関連するネットワークが決定されているが、今回の研究は、これまで研究が最も困難であった、その間の返答計画段階の脳活動を初めて捉えたものであると、著者らは述べています。

ロング研究員は話します。

「研究者は、患者が話したり聞いたりしているときに脳回路の活動を観察することができますが、計画立案には物理的な相関がありません。私たちは、ECoG測定と患者に構造化された質問をする技術を組み合わせると、根底にある計画ネットワークが見えてきました。」

この研究を行うために、研究チームは、腫瘍またはてんかん発作の原因となっている脳組織のいずれかを除去する手術中の患者の脳表面に電極を設置しました。

いずれの場合も、外科医は患者が話すときに活性化する脳領域を特定できるよう、最初は局所麻酔のみで行い、患者の言語中枢へのダメージを回避します。

研究者らは、8人の患者ボランティアの言語を支配する左脳半球にECoG電極のアレイを設置しました。

次に、別の研究室が開発した「重要情報（CI）課題」と呼ばれる、計画のタイミングを制御するためのパラダイムを用いて、計画反応を測定した。各ブロックの質問において、CIという変化するキーワードが、返答のプランニングを開始するタイミングを決定するため、その時間窓における脳活動を追跡することができる。

ソフトの反対語は何という一般的な言葉？
ホット(hot)の反対語は何という一般的な言葉でしょうか？

各質問の表現を変えて、回答計画を開始するのに必要な重要情報を早く、あるいは遅く提示することで、研究者は、計画に関する脳活動を知覚や生産と区別することができました。

重要なのは、皮質の反応の大部分が、これら3つの発話プロセスのうちの1つだけに関連していたことで、ネットワークが機能ごとに大きく分かれていることが示されました。

さらに、プランニング電極の95.5%が脳の空間的に異なる領域に集まっており、プランニング電極の多くは尾側下前頭回（cIFG）と尾側中前頭回（cMFG）を中心に存在していることを発見しました。

cIFGは一般に「ブローカ領域」と呼ばれ、言語に重要であることが古くから知られていますが、cMFGの役割はこれまで確立されていませんでした。

さらに研究チームは、CIタスクで確認されたプランニングネットワークが、患者が台本のない自然な会話で話す準備をしているときにも活性化していることを明らかにしました。

研究チームは、患者が構造化された質問に答え終わった後、数分間の何気ない会話を行いましたが、その際にも、患者の脳活動には知覚、計画、会話に関連する同じパターンが出現しました。

ロングの研究室の博士研究員、グレッグ・カステルッチ氏は話します。

「この研究は、私たちが日常の自然な場面で話すときに言語を生成する脳のメカニズムを初めて明らかにしたものです。重要なのは、単純で制御された課題を用いて見いだした脳のマッピングが、人間の自然な行動を対象としたテストでも維持されることです。」

この研究の著者は、ロングとカステルッチに加えて、アイオワ大学脳神経外科のクリストファー・コバック、マシュー・ハワードIII、ジェレミー・グリーンリーです。

資金提供は、米国国立衛生研究所（National Institute of Health）の助成金R01 NS113071およびR01 DC015260、ならびにSimons Collaboration on the Global Brainによるものです。