沈黙の記憶を反駁する：脳は不注意な情報を積極的に処理する

人間の脳がどのように情報を記憶し、それを様々なタスクの実行に利用するのかを理解することは、神経科学と心理学における長年の主要な研究目標でした。科学者たちはこれまでに、それぞれ独自の特徴と機能を持つ様々な種類の記憶を特定してきました。

そのような記憶の一つにワーキングメモリがあります。ワーキングメモリは、重要な情報、特に論理的なタスクの実行や近い将来の意思決定に必要な情報を短期的に保存・処理する役割を担っています。研究によると、この一時的な情報保存は、脳内の特定のニューロンの持続的な活動と関連していることが示されています。

作業記憶に関するこれまでのほとんどの研究では、参加者に提示されたすべての情報を記憶するように求めるタスクが使用されていました。

しかし、脳が「非注意的」情報、つまり現在注意の焦点になく、手元のタスクに直接関連しない刺激をどのように保存するかを理解しようとした研究はほとんどありません。

ポーランド科学アカデミー、ニューヨーク州立大学アップステート校、エルクの軍事病院、ヴロツワフ医科大学の科学者たちは、不注意な情報を記憶する役割を担う「活動サイレントメカニズム」の存在を示唆する理論モデルの妥当性を検証することを決定した。

Nature Human Behaviour誌に掲載された研究結果は、この理論的仮説に異議を唱え、むしろ、不注意による情報の蓄積も神経活動と関連していることを示しています。

「私たちの作業記憶の要素、つまり思考は、特定のニューロンの活動によって表現されることがわかっています」と、上級著者のジャン・カミンスキー氏はMedical Xpressに語った。
「何かを記憶に留めておく必要がある場合、特定のニューロンがより活発になります。例えば、電話番号を記憶する場合、特定のニューロンが一時的に活発になり、その情報を符号化します。」
「しかし、最近の研究では、記憶要素が一時的に焦点から外れると、ニューロンの活動は背景レベルに戻ることが示唆されています。例えば、電話番号を覚えておく必要があるのに、一時的に別のタスクに切り替える場合などです。」

これらの仮定は、主にEEGやfMRIといった非侵襲的な手法で得られたデータに基づいていました。しかし、これらの手法は数十万個のニューロンの平均活動を測定するため、少数の細胞群の活動が周囲のニューロンの不活性によって「飲み込まれる」可能性があります。

「私たちの研究室は、てんかん発作をモニタリングするために患者の脳に電極を埋め込むなど、侵襲的な臨床処置中に神経活動を直接記録することに特化しています」とカミンスキー氏は語る。
「これは、サイレント活動仮説を直接検証するまたとない機会となります。本研究では、ワーキングメモリの役割で知られる側頭葉のニューロンの活動を記録しました。」

被験者は2枚の画像を見せられ、実験前半では両方を覚えているものの、片方の画像にのみ焦点を合わせるように指示されました。その後、被験者は同じ画像に焦点を合わせ続けるか、前に「焦点が合っていない」画像に切り替えるかを選択する必要がありました。

「この実験デザインはダブル・レトロキュー・パラダイムと呼ばれ、過去の研究でも用いられてきました」と、論文の筆頭著者であるカタジナ・パルチ氏は説明する。
「活動を記録するために、私たちは頭蓋内脳波検査を用いました。これは、例えばてんかんの診断などのために、患者の脳に電極を外科的に直接挿入する臨床検査です。これにより、個々のニューロンの活動を記録することができました。」

被験者が1つの画像から別の画像に注意を切り替えたとき、科学者は側頭葉のニューロンの活動を記録し、脳が「非焦点」の情報をどのように記憶するかを理解した。

「驚いたことに、被験者が焦点を合わせていなかった画像でさえ、神経活動によって活発に表象され続けていることがわかりました」とカミンスキー氏は述べた。
「これはサイレントストレージ仮説に反し、ワーキングメモリ内の焦点が合っていない項目も活発な神経活動によって表象されていることを示しています。私たちの研究結果は、ワーキングメモリの大部分、つまりこの精神的な『スケッチ』が、活発な神経活動によって維持されていることを示唆しています。」

したがって、注意の焦点の外にある思考やその他の情報は、これまで想定されていたような「静かな」メカニズムではなく、依然として活動的なニューロンによってサポートされています。

これらの発見は、記憶の仕組みを理解する上で根本的に重要であるだけでなく、ADHD、OCD、統合失調症など、作業記憶障害を伴う精神疾患の治療法の開発にも影響を与える可能性があります。

「例えば、私たちの研究成果は、ワーキングメモリ内の特定の情報を維持するのに役立つ神経インプラントや電気刺激装置の開発を示唆しており、治療の可能性を広げるものです」とカミンスキー氏は付け加えた。
「私たちの研究室では現在、脳活動の直接記録を用いて、ワーキングメモリとその神経メカニズムの研究を続けています。
将来的には、脳が現在の情報の維持と新しい情報の記憶をどのように切り替えるかを研究する予定です。これは、柔軟な認知活動にとって非常に重要です。」