全身麻酔下の脳は言語を処理し、単語を予測し、意識の概念に挑戦する 著者 Maria
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新しい研究が明らかにしたように、人間の脳は、麻酔によって引き起こされた深い無意識の状態であっても、これまで想像されていたよりもはるかに優れた能力を発揮します。全身麻酔下の患者は、品詞を区別したり、将来の単語を予測したりするなど、高度なレベルで言語を処理することができ、神経活動がこれまで考えられていたよりも複雑である可能性があることを示した。ベイラー医科大学の専門家らによって主導された今回の発見は、意識についての伝統的な概念に疑問を投げかけ、新しい脳とコンピューターのインターフェースの開発への道を開くものである。
ベイラー医科大学の研究チームは、人が完全に意識を失っている場合でも、脳器官が驚くほど複雑な言語活動を実行できることを確認しました。これらの結果は、有名な雑誌「Nature」に掲載された論文で詳述されており、意識的知覚と認知機能の関連性について長年保持されてきた仮説を打ち破るものです。さらに、この発見は、記憶、音声理解、ニューラルインターフェイス技術などの分野における将来の研究に重要な方向性を提供します。
ベイラー大学の脳神経外科教授でカレン財団理事長のサミール・シェス博士は、「私たちの観察によれば、無意識の期間中、心はこれまで考えられていたよりもかなり活発で警戒心が強いことが示されている」と述べた。 「人が完全に鎮静されているときでも、脳回路は環境刺激を分析し続けます。」
麻酔中の複雑な脳活動を理解する
無意識状態における脳の能力を調査するために、シェスと彼の共同研究者らは、海馬領域にある数百の孤立したニューロンの活動を記録した。この領域は記憶形成に重要であり、患者が全身麻酔下でてんかん手術を受ける際に監視されました。このような手順は、研究者にとって脳のこの重要な部分を直接調べるまたとない機会となりました。
専門家らは、この特定の種類の研究では海馬に適用されたことのない最先端技術であるニューロピクセルプローブを使用した。この革新により、患者側に意識がない場合でも、脳がさまざまな音や言語自体にどのように反応するかを観察することが可能になりました。
最初の実験では、参加者は予期せぬ音が散在する一連の反復音にさらされました。研究者らは、海馬のニューロンがこれらの異常な音を一貫して識別していることに気づきました。最も注目すべきは、それらを認識する脳の効率が時間の経過とともに増加し、麻酔中であっても進行中の学習プロセスまたは神経可塑性を示唆していることです。
その後、研究の複雑さは拡大し、脳活動の記録が継続されている間、患者のために物語が再現されました。海馬はリアルタイム言語処理の明らかな兆候を示しました。神経活動パターンは、脳が名詞、動詞、形容詞などの異なる文法クラスを区別できることを実証しました。
研究チームはまた、驚くべき発見をしました。彼らは、神経信号を使用して、発せられる前であっても、まだ話されるであろう単語を予測できることを発見しました。
「意識的に意識していなくても、脳は物語の中で何が起こるかを予測しているようです」と、テキサス小児病院ダンカン神経研究所のゴードン＆メアリー・ケイン小児神経学研究財団研究所の所長でもあるシェス氏はコメントした。 「この形式の予測コーディングは、私たちが通常、覚醒状態やマインドフルネスを連想させるものですが、ここでは無意識の状態で起こっています」とベイラー大学の神経外科教授ベンジャミン・ヘイデン博士は付け加えた。
意識の理解に対する研究の意味
この結果は、言語を理解して予測する能力を含む重要な認知能力が意識に完全に依存しているわけではないことを示しています。むしろ、意識そのものは、海馬などの単一領域の孤立した活動からではなく、おそらく複数の脳領域間の相互作用やコミュニケーションから生じているのでしょう。研究者らはまた、脳の予測行動と人工知能（AI）の仕組みとの類似点を指摘し、大規模な言語モデルが次の単語を予測してテキストを生成するのと同じように、海馬も言語処理中に同様の予測を行うようだと指摘した。これらの共通原理を理解することで、生物学的知能と人工知能についての理解を深め、新しい技術の開発を加速することができます。
この研究は、音声補綴物の作成など、将来の通信技術に大きな進歩をもたらす可能性もあります。これらのイノベーションは、口頭でコミュニケーションする能力を失った人々に恩恵をもたらす可能性があります。
「これらの信号を使用して、脳卒中や怪我によって損傷した脳領域に音声補綴物を埋め込み、操作することはできるでしょうか? これらは、脳のこの特定の領域に関連して現在検討できる問題です」と、研究の筆頭著者でベイラー大学の神経外科常駐のヴィジ・カトロウィッツ博士は尋ねた。
無意識の脳研究の課題と未来
研究者らは、今回の発見は慎重に解釈する必要があると強調している。この研究では 1 種類の全身麻酔のみが検討されているため、結果は自然睡眠や昏睡などの他の意識不明状態には当てはまらない可能性があります。さらに、調査は脳の単一領域に焦点を当てており、これらのプロセスが臓器全体でどの程度発生するかはまだ完全に解明されていません。
「この研究は、意識があることの定義そのものを再評価する動機を私たちに与えてくれます」とシェス氏は結論づけた。 「脳は、私たちがその全体像を理解しているよりもはるかに多くの活動を舞台裏で実行しています。」
