動物の脳で意識を決定する

科学は、意識が脳のどこにあるのかを理解することに一歩近づくかもしれません。 新しい研究は、意識を決定する際に特定のタイプの神経接続が重要であることを示しています。

で公開された検索 大脳皮質、東京大学総合システム学部特任研究員である北角純氏が率いる。

「脳の意識がどこに存在するかは、科学における最大の問題の 1 つです」と、この研究を実施した研究室の責任者で責任者である大泉正史准教授は述べています。 「決定的な答えはまだ出ていませんが、意識経験の十分な最小限のメカニズム、または意識の神経相関を探す過程で、多くの経験的証拠が蓄積されています。」

この研究で、チームは、意識的な経験を支える脳内の最小限の適切なサブネットワークを特定するための一歩を踏み出しました。

意識が存在する脳の領域を特定するために、研究者は脳のニューラルネットワーク内の意識の1つの際立った特徴である双方向経路を探しました。 何かを見たり感覚を感じたりすると、私たちの脳はその情報を取り込みます。 これはフィードフォワード信号と呼ばれますが、これらのフィードフォワード信号の受信は意識にとって十分ではありません。 私たちの脳は、フィードバックと呼ばれる情報を送り返す必要もあります。 脳のすべての部分がフィードフォワードおよびフィードバック情報を受信できるわけではありません。 研究者は、これらの双方向接続が、意識を司る脳の部分の重要な際立った特徴であるという仮説を立てました。

「刺激を意識的に認識している人にとって、フィードバック処理だけでは不十分です。代わりに、フィードバックも必要であり、双方向の処理が必要であることを示しています。フィードバック成分は、覚醒状態で意識の特定の内容が失われている間だけでなく、全身麻酔、睡眠、植物状態など、意識的な経験が一般的に失われる無意識の状態」と北角氏は述べた. 彼はまた、人間、サル、マウス、鳥、またはハエを見ているかどうかは問題ではないと説明しました。 双方向処理は依然として必要です。

研究者は、マウスに計算とニューラル技術を使用してアイデアをテストしました。 ニューラル ネットワークは、脳内の接続の詳細なマップです。 まず、アセンブラーと呼ばれる強力な双方向接続を持つ脳の部分を抽出するための効率的なアルゴリズムを開発しました。 次に、そのアルゴリズムをマウスのニューラル ネットワークに適用しました。

「抽出された両側配向性が最も高い複合体は、すべての主要な領域に均等に分布しているのではなく、皮質領域と視床領域に集中していることがわかりました」と Kitazuno 氏は述べています。 「その一方で、他の重要な領域の領域は双方向性が低くなります。特に、小脳の領域は双方向性がはるかに低くなります。」

これらの発見は、意識が脳にあると科学者が長い間信じてきた場所と一致しています。 脳の表面に位置する大脳皮質には、意識の経験に不可欠であると考えられている感覚野、運動野、および連合野が含まれています。 脳の中央に位置する視床も意識に関係していると考えられており、特に視床皮質ループと呼ばれる視床と皮質領域との相互作用は意識にとって重要です。 これらの調査結果は、脳ネットワークの双方向性が意識を特定する鍵であるという考えを支持しています。

研究者は、彼らがまだ意識を突き止めることに取り組んでいることを確認しました。

この研究は、ニューロンまたは脳領域間の「固定された」解剖学的接続のみに焦点を当てています。 しかし、意識は神経活動に応じて刻一刻と変化する「動的」なものです」と大泉氏は述べ、「解剖学的接続は、神経活動がどのように広がり、脳領域がどのように相互作用するかを教えてくれますが、神経活動のダイナミクスを直接調査して、いつでも意識を決定します。

次のステップとして、チームは現在、さまざまな種類の神経記録の活動に基づいて脳ネットワークを分析していると彼は言いました。

「私たちの研究室の最終的な目標は、意識と脳の間の数学的関係を見つけることです」と大泉は言いました。 この研究では、脳ネットワークの特徴と意識の場所を関連付けることを試みました。 私たちは最終的な目標に向けて、意識と脳の関係をさらに調査します。」

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プレス記事

北薗淳、青木優馬、大泉雅文、「マウスニューラルネットワークにおける双方向結合核：意識に必要な脳サブネットワークの抽出に向けて」、 大脳皮質: 2022 年 7 月 21 日、DOI: 10.1093/cercor/bhac143

端から端まで： https://doi.org/10.1093/cercor/bhac143

ファイナンス

独立行政法人科学技術振興機構ACT-X（助成番号JPMJAX20A6）、独立行政法人科学技術振興機構CREST（助成番号JPMJCR1864、JPMJCR15E2）、AIPチャレンジプログラム、科学技術振興機構ムーンショットR&D（助成番号JPMJMS2012）、日本学術振興会本研究の助成（科研費助成番号 18H02713 および 20H05712）

関連リンク

大泉研究室： https://sites.google.com/a/g.ecc.u-tokyo.ac.jp/oizumi-lab/english

総合文化研究科： https://www.cu-tokyo.ac.jp/eng_site/

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