人間に新しいことを学ぶ柔軟性と集中力を与える「しまった！という感覚」

しまった！と感覚が、人間に新しいことを学ぶ柔軟性と集中力を同時に与えていることが明らかになりました。

Performance monitoring is an internal signal, a kind of self-generated feedback, that lets a person know they have made a mistake.

参照元：https://www.cedars-sinai.org/newsroom/new-study-reveals-how-the-brain-says-oops/
– シーダーズ・サイナイ・メディカル・センター Cedars-Sinai Medical Center. May 5, 2022 –

シーダーズ・サイナイの神経科学・医学センターおよび脳神経外科の研究者らは、脳の前頭葉にある一群のニューロンからの信号が、人間に新しいタスクを学ぶ柔軟性と、高度に特異的なスキルを身につける集中力を同時に与えていることを明らかにしました。

この研究成果は、日常生活を管理するための実行機能であるパフォーマンスモニタリングの基本的な理解につながるもので、学術専門誌『Science』に掲載されました。

この研究の重要な発見は、人が初めて取り組むタスクであっても、特定のスキルを完成させるための作業であっても、脳はさまざまな状況下で同じニューロン群を用いてパフォーマンスのフィードバックを行うというものです。

脳神経外科、神経学、生物医学の教授で、神経科学・医学センター所長、神経科学理事会議長、この研究の筆頭著者であるウエリー・ルティシャウザー博士は話します。

ルティシャウザー博士：人間の脳の魅力の一つは、それが非常に柔軟であるということです」と語っています。我々は、脳がどのように一般化と専門化を同時に行うことができるかを解読するために研究を計画しました。”この2つは、我々が目標を追求するために重要なことなのです。

パフォーマンス・モニタリングは、人が間違いを犯したことを知らせる、一種の自己生成フィードバックである内部信号です。

例えば、曲がるべき交差点を通り過ぎてしまったことに気づいたとき。
また、会話の中で何か言ったとき、その言葉が口から出た瞬間に、今言ったことは不適切だったと気づくような人もいます。

この研究の筆頭著者で、シーダーズ・サイナイ大学ルティシャウザー研究所の博士研究員であるZhongzheng Fu博士は話します。

Fu博士：『しまった！』という瞬間、『おっと！』という瞬間は、パフォーマンスモニタリングが作動しているときです。

これらの信号は、感情、記憶、計画、問題解決を司る脳の領域に情報を伝達することで、将来の挑戦におけるパフォーマンスを向上させるのに役立ちます。

また、パフォーマンスモニタリングは、課題中にどの程度の葛藤や困難があったかを知らせることで、脳の集中力を調整するのにも役立ちます。

Fu博士：つまり、『おっ！』と思った瞬間に、次に友人とおしゃべりするときや、仕事帰りに買い物に立ち寄るときには、もっと注意を払うように促されるかもしれません。

パフォーマンス・モニタリングが実際に行われていることを確認するため、研究者らは、研究参加者の内側前頭葉皮質の個々のニューロンの活動を記録しました。

被験者は、てんかん患者であり、治療の一環として、発作の焦点の位置を特定するための電極を脳に埋め込んでいました。

特に、パフォーマンスモニタリングに中心的な役割を果たすことが知られている脳領域、内側前頭葉に電極を埋め込んでいました。

研究チームは、被験者に一般的に用いられる2つの認知テストを実施させました。

ストループ課題では、「赤」という色の文字が、緑など別の色のインクで印刷されているのを見て、文字ではなくインクの色を挙げるように指示されました。

ルティシャウザー博士：これは、脳内に矛盾を生じさせます。あなたは何十年も読む訓練をしてきたのに、今はその読む習慣を抑えて、代わりにその単語が書かれているインクの色を言うことが目標なのです。

もう一つの課題、数字を認識するマルチソース干渉課題(MSIT)では、被験者は画面上に3つの数字を見て、2つは同じ、もう1つはユニークな数字–例えば、1-2-2というような数字。被験者の課題は、ユニークな数字に関連するボタン（この場合は「1」）を押すことで、この数字が2回現れるために「2」を押してしまう傾向に抵抗することでした。

Fu博士：この2つのタスクは、異なる認知領域を含む異なるシナリオにおいて、セルフモニタリングがどのように行われるかを示す強力なテストとなります。

構造化された反応

被験者がこれらの課題を行う際、研究者らは、2種類のニューロンが働いていることに気づきました。

「エラー」ニューロンは、エラーが発生したときに強く発火し、「葛藤」ニューロンは、被験者が直前に行った課題の難易度に反応して発火しました。

Fu博士：この脳領域のニューロンの活動を観察したところ、そのほとんどが、意思決定や行動が完了した後にのみ活性化することに驚かされました。これは、この脳領域が、意思決定を行うのではなく、事後に評価する役割を担っていることを示しています。

パフォーマンスモニターには、ドメインジェネラルとドメインスペシフィックという2つのタイプがあります。

ドメインジェネラル・パフォーマンスモニタリングは、車の運転、社会的な状況でのナビゲーション、初めてのワードルプレイなど、あらゆるタイプのタスクでエラーを検出することができ、何かが間違っていたことを教えてくれます。

これによって、機械にはできないような、少ない指示で新しいタスクをこなすことができるようになるのです。

Fu博士：機械は、1つのことをとてもうまくできるように訓練することができます。ハンバーガーを焼くロボットは作れても、その技術を餃子を焼くロボットには適用できないのです。しかし、人間は、領域別パフォーマンス・モニタリングによって、その能力を発揮することができるのです。

ドメインスペシフィックパフォーマンスモニタリングは、エラーを起こした人に何が問題だったかを伝え、具体的なミス、つまり、順番を間違えた、不適切なことを言った、パズルで間違った文字を選んだなどを検出するものです。

これは、人が個々のスキルを完成させる方法の1つです。

驚いたことに、内側前頭皮質では、領域一般と領域特定の情報を伝達するニューロンが混在していたのです。

ルティシャウザー博士：私たちは、脳の中には、領域全般のパフォーマンス監視に特化した部分と、領域固有の部分に特化した部分があると考えていました。私たちの研究は、それが事実ではないことを示しています。私たちは、まったく同じニューロングループが、領域全般のパフォーマンスモニタリングと領域固有のパフォーマンスモニタリングの両方を行うことができることを発見したのです。これらのニューロンの音を聞いている時、両方のタイプの情報を同時に読み取ることができるのです。

これらの信号が脳の他の領域によってどのように解釈されるかを理解するには、ニューロンをオーケストラの音楽家と考えるのが役に立つと、ルティシャウザー博士は話します。

ルティシャウザー博士：もし、彼らが皆、ランダムに演奏したら、リスナー（この場合、信号を受け取る脳の領域）は、ただ、文字化けした音の集合を聞くだけです。しかし、もし、彼らがアレンジした曲を演奏すれば、多くの楽器や演奏監視ニューロンが一度に演奏しても、様々なメロディーやハーモニーをはっきりと聞き取ることができるのです。

しかし、この信号伝達が多すぎても少なすぎても、問題を引き起こす可能性があると、ルティシャウザー博士は述べています。

パフォーマンス・モニタリングが過剰に働くと、強迫性障害として現れ、存在しないエラーを強迫的にチェックするようになります。

一方、統合失調症では、パフォーマンス・モニタリングの機能が低下し、エラーや自分の言動が不適切であることを認識できなくなることがあります。

ルティシャウザー研究員：私たちは、今回得られたメカニズムの知識が、こうした壊滅的な精神疾患の治療法を完成させるために不可欠であると考えています。

研究チームには、シーダーズ・サイナイてんかんプログラムディレクターのJeffrey Chung, MD、神経学助教授のChrystal Reed氏, MD, PhD、神経外科教授で機能的神経外科プログラムディレクターのAdam Mamelak氏, MD、カリフォルニア工科大学の心理・神経科学・生物学教授のRalph Adolphs, PhD、研究員のDanielle Beam氏も含まれています。