脳波がどのようにワーキングメモリをコントロールしているかが最新の研究で明らかに

by ian dooley

短い時間の中で情報を保持し、同時に処理するための能力である「ワーキングメモリ」を、脳はどのようにコントロールしているのかが最新の研究で明らかになっています。

New study reveals how brain waves control working memory | MIT News
http://news.mit.edu/2018/new-study-reveals-how-brain-waves-control-working-memory-0126

マサチューセッツ工科大学(MIT)の神経科学者たちが、脳はベータ波と呼ばれる低周波の脳波を使って思考を制御する能力を持っていることを証明しました。MITの調査チームによると、ワーキングメモリの助けを必要とするような情報が求められる作業において、脳はベータ波を用いて異なる場所に保存された情報を意図的に使い分けることができるということを発見しています。これは、ベータ波がワーキングメモリの助けを必要とする際に、記憶を読み出すだけでなく片付ける役にも立つ、という科学者たちの仮説を支持する発見です。

この発見は、MITの記憶に関する研究所である「The Picower Institute for Learning and Memory」の博士研究員であるミカエル・ルンドクヴィスト氏が行った研究の成果です。ルンドクヴィスト氏は、「ベータ波はワーキングメモリに保持された情報をいつ出すかコントロールすることで、行動に影響を及ぼせるようになっており、これはまるでブレーキのように働きます」と語っています。

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脳には何百万個ものニューロンが存在し、各ニューロンは独自の電気信号を生成します。この電気信号が結合して生成される振動が脳波であり、この脳波はさまざまな周波数を持っています。2016年の研究ではルンドクヴィスト氏とアール・ミラー教授が、ガンマ波が感覚情報の符号化と検索に関連していることを発見しましたが、最新の研究ではベータ波がどのようにワーキングメモリをコントロールしているかが明らかになりました。

また、ガンマ波が増加するとベータ波は減少し、反対にガンマ波が減少するとベータ波は増加することも発見しています。加えて、ベータ波は「現在の目標」や「目標の達成方法」といったトップダウンの情報に関連していることがこれまでの研究で明らかになっています。

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これらの証拠は「ベータ波はどの情報がワーキングメモリから読み出されるかを決定するための制御メカニズムとして機能している、と理論づける助けになります。また、これは意識的思考をコントロールする脳機能とも言えます」とミラー教授は語っています。さらに、「ワーキングメモリは意識におけるスケッチブックのようなもので、我々のコントロール下にあるのです。私たちは何について考えるのかを、自分の意志で選択できます」とも述べました。

ベータ波とワーキングメモリの関係を調べるため、研究チームは訓練された動物を用いてワーキングメモリが収容される前頭前野の脳活動を記録。動物には最初にペアの物体、例えばAのあとにBを見せるなどして、ペアの物体が一致するかどうかを判断させます。そして、ペアが一致するかどうかを判断している際の脳活動を観察したところ、ガンマ波が上昇するとワーキングメモリから特定の記憶を保持しようとし、ベータ波が上昇すると特定の記憶を消去しようとする、と研究チームは主張しています。

これについてミラー教授は、「ベータ波とガンマ波の相互作用は、意志決定メカニズムが期待する通りに機能します。ベータ波はワーキングメモリへのアクセスをコントロールするゲートのように働き、ワーキングメモリを消去し、ある思考から別の思考へ切替える役に立ちます」としています。

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学術誌・Neuronに最近掲載された別の研究では、ドットのパターンをカテゴリ分けするというタスクで、同じようにベータ波とガンマ波の間で相互作用が見られています。2つのパターンが区別しやすい場合は識別の際に視覚的情報を運ぶガンマ波が多くなり、逆に識別タスクが困難になるとベータ波が増えて過去のカテゴリ分け作業の経験を呼び起こしたそうです。

他にも、米国科学アカデミー紀要に掲載された研究では、ベータ波は前頭前皮質の深い層によって生成され、ガンマ波は感覚情報を処理する表面層で生成されることが明らかになっています。また、同研究によりベータ波が2つの異なる種類の脳波の相互作用を制御していることも発見しています。

研究者たちはベータ波やガンマ波が他にどのような脳機能を制御しているのかを調査しており、ベータ波とガンマ波の相互作用について調べることで、なぜいくつかの情報を一度に保持保持することが難しいかを説明する助けになることを期待しています。