人間の脳は手に持った道具に伝わる感触を「自分の皮膚と同様に認識している」ことが判明

by UNAMID

人間の触覚は体の皮膚全体に存在しており、何かが体に触れるとその位置や圧力を感じ取ることができます。フランス・リヨン第1大学の認知神経学者であるLuke Miller氏は、「人間は自身の皮膚だけではなく、手に持った道具に何かが触れてもそれを感じ取ることができる」という点に着目し、人間の脳が手に持った道具をどのように認識しているのかについて研究しました。

Somatosensory Cortex Efficiently Processes Touch Located Beyond the Body - ScienceDirect
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982219313831

The Brain Senses Touch beyond the Body - Scientific American
https://www.scientificamerican.com/article/the-brain-senses-touch-beyond-the-body/

Miller氏が手に持った道具に伝わる感触について興味を抱いたのは、自分の部屋でカーテンレールを触っていた時のことでした。手に持ったカーテンレールの端が視界の外側で何かにぶつかるとMiller氏はそれを感じ取ることができましたが、よく考えるとこれは奇妙な事実だと思いついたMiller氏は、さっそく道具を介して伝わる感覚について研究を開始したとのこと。

人間が手に持った道具を通じて何かに触れ、物体の存在を感じ取るという考えは古いものではありません。17世紀の哲学者であるルネ・デカルトも、盲人が両手に持った杖を通して周囲の状況を知覚する能力について論じています。その一方で、科学者は人間が道具を動かす方法については広範囲にわたって研究をしてきたものの、道具を介して得る感覚についてはそれほど調査してきませんでした。Miller氏は、「科学者らはほとんどの場合、道具を使用する際の感覚的側面を無視してきました」と述べています。

by Emilio Labrador

Miller氏が行った実験では、16人の右利きの被験者に長さ1mの木製の棒を持たせて、棒が被験者に見えない状態で2回続けて棒に触れました。研究チームは被験者に対し、「2回の接触が棒のそれぞれ違う位置に触れたと判断した場合、何も反応しないように」「2回の接触が棒の同じ位置に触れたと判断した場合、接触した場所が棒をにぎった手から近い場所だったらフットペダルを1回、手から遠い場所だったらフットペダルを2回踏むように」と伝えたとのこと。

研究チームは2回の接触を1セットとして合計で400セットの実験を行い、被験者がどれほど正確に棒に物体が接触した位置を判断できるのかを測定しました。その結果、被験者は過去に棒を使った作業に従事した経験やパフォーマンスに対してのフィードバックがなかったにもかかわらず、96％の精度で棒に物体が触れた位置を把握することができたそうです。

by Pixabay

また、研究チームは一連の実験中に、被験者の頭に電極を貼り付けて脳皮質の活動も記録しました。同じ刺激が繰り返されると、その感覚をつかさどる脳領域における神経反応が抑制されることは以前から知られていますが、手に持った棒の同じ場所を2回連続で触られると、被験者の一次体性感覚野や頭頂葉後部といった脳領域で、神経反応の顕著な抑制が確認されたそうです。今回の実験で被験者の脳が反応した領域は、人間が自身の皮膚を触られた時に反応する部位と共通していたとのこと。

さらに研究チームは、被験者の腕に触った際の刺激が脳に伝わるスピードと、棒に触った際の刺激が伝わるスピードについても比較しました。すると、同じ場所に2回触ってから一次体性感覚野の神経活動が抑制されるまでの時間(約52ミリ秒)と頭頂葉後部の活動が抑制されるまでの時間(約80ミリ秒)は、腕を触った時も棒を触った時もほぼ変わらないことが判明しました。研究チームのAlessandro Farnè氏は、道具に何かが触れた位置を検出するための神経メカニズムが、自分の体に何かが触れた際のメカニズムと「驚くほど類似しています」と述べています。

研究チームは、人間が手に持った道具に触れた物体の位置を検出する際に重要なのは、道具に伝わる「振動」だと考えています。道具から手に伝わる振動をパチニ小体という皮膚に存在する機械受容体が検出し、一次体性感覚野へと神経信号を伝えてるシステムになっていると、研究チームは主張しています。「棒を介して伝えられる振動は、患者に直接タッチされたものではなくても、棒のどこにタッチされたのかを脳が検出するのに十分だということが今回の研究から示唆されています」と、Farnè氏はコメントしました。

by geralt

研究の結果を総合して、人間の脳が体への接触を感知するのと同様のプロセスを使用して、手に持った道具への接触を迅速かつ効率的に感知していると研究チームは主張しています。ミズーリ大学の認知神経学者であり義肢の設計にも携わるScott Frey氏は今回の研究結果を称賛し、義肢を通じて装着者が得る感覚についても、義肢製作者が考慮する必要があると述べました。