脳をクラッキングする方法、イタリア学際チームが研究中

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イタリアテクノロジー研究所のチームが、五感からやってくる信号を脳がどのように解釈しているかを解明する数理モデルをつくり出したという。

TEXT BY SANDRO IANNACCONE
TRANSLATION BY TAKESHI OTOSHI

WIRED(IT)

20世紀初頭の脳の活動計。PHOTO: GETTYIMAGES

20世紀初頭の「脳の活動・性質の計測機器」とされたもの。PHOTO: GETTYIMAGES

人は何かに触り、見て、聞き、嗅ぎ、味わう。無数のインプットが五感によって絶えず取り込まれて、その後、中央コンピューターたる脳に伝達され、処理される。

これはたしかに非常に複雑な作業だが、わたしたちはついにこれを解明し始めようとしている。イタリアテクノロジー研究所の分野横断型の研究者チームが、数学、統計学、行動研究、光学の手段を利用して、脳が世界とやり取りするために感覚を利用する根底にあるコードを解明した。それを踏まえることで、脳のクラッキングさえできうるという。

神経科学・認知科学研究所のコーディネイターでニューロコンピューティング研究室の責任者、ステファノ・パンツェーリと、脳機能光学アプローチ研究室の責任者トンマーゾ・フェリン(ハーヴァード大学医学校とユニヴァーシティ・カレッジ・ロンドンの同僚たちも研究に参加している)のグループが行なったこの研究は、学術誌『ニューロン』で発表されている

フェリンは次のように『WIRED』に説明してくれた。

「感覚組織によって受容された刺激は、すぐに電気信号に変換されて脳へと送られます。その後そこで分析され、いわゆる『知覚』を引き起こします。われわれ科学コミュニティはすでに、こうした信号がどこで生じるか、そしてどのように移動するかを知っていますが、どのようにして中央神経組織によって解読されるか、書かれるか、解釈されるかはわかっていないのです」

研究者たちは、まさにこの側面に注力した。「わたしたちが開発した手法は、いまのところは理論にすぎませんが、信号の重要な部分を突き止めることも、あるいは感覚刺激がないときでもそうした信号をシミュレートして脳の中に知覚を生み出すことも可能にするでしょう」

「学際的なアプローチ」が可能にするもの

果たしてそのためには、光学、数学、いわゆる精神物理学(知覚行動を研究する科学分野だ)を巻き込んだ学際的なアプローチが必要だった。つまり、光を用いた信号の解読(と記述)をすること〈光学〉、この信号の統計的アルゴリズムを用いた分析すること〈数学〉、こうした信号がどのようにして知覚に変換されるかを理解すること〈精神物理学〉を想定している。

「わたしたちが研究した枠組みは、2つの段階を想定しています。第1段階では、高解像度の光学機器を用いて電気信号を解読します。そして、相関分析を通して、つまり信号が刺激の変化によってどのように変化するかを統計的に研究することによって、これを分析します。研究の第2段階では、このようなパターンをニューロンに書き込んで、感覚器官をバイパスして知覚をつくり出すために、光を用いることを提案しています」(フェリン)

科学者たちが期待しているように、この研究の結果は、アルツハイマー病のような神経変性疾患や、自閉症、統合失調症といった症候群の理解に重要な副次効果をもたらす見込みがある。

さらに、いわゆるブレイン・マシン・インターフェイス(BMI:Brain Machine Interface)開発の助けにもなるだろう(脳から生み出されるインパルスを解読して、機械やロボットを動かすために利用することのできる装置だ。アーカイヴ記事「念じただけでロボットアームが動き出す『ブレイン・マシン・インターフェイス』」参照)。そして、感覚器官の機能が損なわれた患者に感覚の知覚を回復させるのを助けるためにも役立てることができるだろう。

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