何もしていないときに脳は何をしているのか |クアンタマガジン

たとえば、ジムでウェイトリフティングをしたり、難しい試験を受けたりするなど、何かを積極的に実行しているときは常に、ニューロンの電気活動が強化され、その実行に必要な脳の部分が「アクティブ」になります。しかし、ソファでぼんやりしているときでも、あなたの脳は活動していますか?

研究者らは、答えは「はい」であることを発見しました。過去 20 年にわたって、彼らはデフォルト モード ネットワークとして知られるものを定義してきました。これは、何もしていないときに活性化する、一見無関係に見える脳の領域の集合です。この発見は、明確に定義されたタスク以外で脳がどのように機能するかについての洞察を提供し、また、私たちの内部経験を管理する際の、脳の領域だけでなく脳ネットワークの役割についての研究も促進しました。

20 世紀後半、神経科学者は新しい技術を使用して、スキャン マシンでタスクを実行する人々の脳の画像を撮影し始めました。予想通り、課題中に特定の脳領域の活動が増加しましたが、研究者らが驚いたことには、他の脳領域の活動も同時に低下しました。神経科学者たちは、さまざまな作業中に、まったく同じ脳領域が常にその活動を抑制していることに興味をそそられました。

あたかも、その人が何もしていないときはこれらの領域が活動していて、心が外部の何かに集中しなければならないときは活動を停止しているかのようでした。

研究者らはこれらの領域を「タスクネガティブ」と呼んだ。彼らが最初に特定されたとき、 マーカス・ライクルセントルイスのワシントン大学医学部の神経科医は、これらのタスクネガティブ領域が休息心の中で重要な役割を果たしているのではないかと疑った。 「これにより、『ベースラインの脳活動とは何だろう？』という疑問が生じました」とライクル氏は思い起こす。実験で彼は、スキャナーを装着した人々に目を閉じてただ心をさまよわせながら脳の活動を測定してもらいました。

彼は、休息中、つまり精神的に内向きになると、タスクネガティブな領域が脳の他の部分よりも多くのエネルギーを消費することを発見しました。 2001 年の論文で、彼はこの活動を「脳機能のデフォルトモード」 2年後、より高解像度のデータを生成した後、スタンフォード大学医学部のチームは、このタスクネガティブな活動が相互作用する脳領域の一貫したネットワークを定義していることを発見しました。 デフォルトモードのネットワーク.

デフォルト モード ネットワークの発見は、外側に焦点を当てたタスクがない場合に脳が何をしているのかについて神経科学者の間で好奇心を呼び起こしました。一部の研究者は、ネットワークの主な機能は、私たちの心のさまよう経験や白昼夢の経験を生み出すことであると信じていましたが、他にもたくさんの推測がありました。おそらくそれは意識の流れを制御したり、過去の経験の記憶を活性化したのかもしれません。そして、デフォルトモードネットワークの機能不全は、うつ病、統合失調症、アルツハイマー病を含むほぼすべての精神疾患および神経疾患の潜在的な特徴として浮上しました。

それ以来、デフォルト モードに関する研究が相次ぎ、当初の理解が複雑になりました。 「過去 20 年間に、デフォルト モード ネットワークに関与するさまざまなタスクやパラダイムの種類を見るのは非常に興味深いものでした」と氏は述べています。 ルキナ・ウディン、カリフォルニア大学ロサンゼルス校の神経科学者。

デフォルトのモードは、科学によって特徴づけられた最初の脳ネットワークの 1 つでした。それは、背側および腹側の内側前頭前皮質などの脳の前部にあるいくつかの領域と、後帯状皮質、楔前部、角回などの臓器全体に散在するその他の領域を含む、少数の脳領域で構成されています。これらの領域は、記憶、経験の再生、予測、行動の考慮、報酬/罰、情報の統合に関連しています。 (次の図で色付きで強調表示されている部分は、デフォルトのネットワークが関与するとよりアクティブになる外側の脳領域の一部を示しています。)

この発見以来、神経科学者たちは、それぞれが一見まったく異なる脳領域を活性化する、さらにいくつかの異なるネットワークを大まかに特定しました。これらの活性化された領域は独立して機能するのではなく、むしろ互いに同期して調和します。 「交響楽団を単なるヴァイオリンやオーボエと考えることはできません」とライクル氏は言う。同様に、脳のネットワークでは、個々の部分が相互作用して、一緒になってのみ生み出せる効果をもたらします。

研究によると、デフォルト モード ネットワークの影響には、心のさまよう、過去の経験を思い出す、他人の精神状態について考える、未来を想像する、言語を処理するなどが含まれます。これは認知の無関係な側面を集めたもののように見えるかもしれませんが、 ヴィノード・メノンスタンフォード認知システム神経科学研究所の所長である彼は、最近、これらすべての機能が次のような症状に役立つ可能性があると理論付けしました。 内部の物語を構築する。彼の見解では、デフォルト モード ネットワークは、他人との関係で自分が何者であるかを考え、過去の経験を思い出し、それらすべてを一貫した自己物語にまとめるのに役立ちます。

デフォルトのモードは明らかに何か複雑なものを意図しています。きちんと説明できないさまざまなプロセスが関与しています。 「『この 1 つの脳領域または 1 つの脳ネットワークが 1 つのことを行う』ということになると考えるのは、ちょっとばかげています」とウディン氏は言う。 「そんなことはうまくいかないと思います。」

ウディンは自己認識に興味があったため、デフォルト モード ネットワークの調査を開始しました。自分の顔や声の識別など、多くの自己認識タスクがネットワークに関連しているようです。近年、彼女は脳ネットワーク間の相互作用に注目を移しています。異なる脳領域が相互作用してネットワークを形成するのと同じように、異なるネットワークも有意義な方法で相互作用するとウディン氏は述べた。 「ネットワークの相互作用は、ある意味では、単にネットワークを単独で動作させるよりも研究するのにより解明されます。なぜなら、それらは一緒に動作したり、ばらばらになったり、時間の経過とともに動作を変化させたりするからです。」

彼女は、デフォルト モードのネットワークがどのように相互作用するかに特に興味を持っています。 顕著性ネットワーク、これは、いつでも最も関連性の高い情報を特定するのに役立つようです。彼女の研究は、顕著性ネットワークが注意を払うべき何かが重要であることを検出し、デフォルト モード ネットワークのオフ スイッチとして機能することを示唆しています。

研究者らは、うつ病などの精神的健康障害がデフォルト モード ネットワークの問題に関連している可能性があるかどうかも調査しています。これまでのところ、調査結果は決定的ではありません。たとえば、うつ病患者では、ネットワークのノードが過剰に接続されていることを発見した研究者もいますが、その逆、つまりノードが接続できていないことを発見した研究者もいます。また、一部の研究では、デフォルト モードのネットワーク自体は異常ではありませんが、他のネットワークとの相互作用が異常であるとしています。これらの発見は矛盾しているように見えるかもしれませんが、うつ病はおそらくうつ病であるという最近の発見と一致しています。 さまざまな障害の集まり 同様の症状を呈するもの。

一方、メノンは彼が言うものを開発しました。 トリプルネットワーク理論。この研究では、デフォルト モード ネットワーク、顕著性ネットワーク、および前頭頭頂ネットワークと呼ばれる 3 番目のネットワークの間の異常な相互作用が、統合失調症、うつ病、不安、認知症、自閉症などの精神的健康障害の一因となる可能性があると主張しています。通常、誰かが外部刺激に注意を払っていると、デフォルト モード ネットワークのアクティビティが減少しますが、他の 2 つのネットワークのアクティビティは増加します。このネットワーク間のプッシュとプルは、精神障害や発達障害のある人には同じように機能しないのではないかとメノン氏は疑っている。

ディアナ・バーチセントルイスのワシントン大学で精神疾患の神経生物学を研究している彼は、トリプルネットワーク理論に興味を持っています。精神的健康障害を持つ人々のネットワークがどのように異なって構築されているかを調査することは、研究者が根本的なメカニズムを発見し、治療法を開発するのに役立つ可能性があると彼女は述べた。しかし、彼女はネットワーク上の相互作用だけで精神疾患を完全に説明できるとは考えていません。 「接続性の違いを理解することが出発点だと考えています」とバーチ氏は言います。 「それは終点ではありません。」

デフォルト モード ネットワークに対する現在の理解は、確かにその終点ではありません。この発見以来、神経科学者は単一の脳領域の責任を超えて、脳ネットワーク間の相互作用の影響について考えるようになりました。そして、このことが多くの人々に、私たちが空想しているときや休んでいるときでも、私たちの脳はそれを実現するために一生懸命働いているという、内向きの心の活動を理解するようになりました。