全身麻酔中の複雑な脳活動を実証することで研究が新境地を開く

新しい発見は、意識についての伝統的な理解に疑問を投げかけ、全身麻酔下の深い無意識の状態であっても、人間の脳が情報を処理する驚くべき能力を保持していることを明らかにしました。科学者たちは、麻酔をかけられた患者が名詞や動詞などの言語の側面を区別し続け、物語の中の単語を予測する兆候さえ示していることを観察しました。これらの画期的な発見は、これまで完全に意識がなかったときに心が可能であると信じられていたことを再定義します。

研究リーダーの一人であるベイラー大学の脳神経外科医サミール・シェス博士によると、得られた結果は、意識を失っている間の脳の活動が、これまで想像されていたよりもかなり激しく活発であることを示しているという。外科手術のために患者が完全に鎮静されている場合でも、脳は周囲の環境の分析に取り組み続けています。

鎮静中の神経活動の分析

無意識状態における脳の機能をさらに理解するために、シェス博士と彼のチームは、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ました。この領域は記憶の形成に重要であり、患者が全身麻酔下でてんかんの手術を受ける際に監視されたため、脳のこの重要な部分を直接研究するユニークな機会が提供されました。

この方法論では、海馬でこの種の研究に使用されたことのない最先端技術である Neuropixels プローブが使用されました。この進歩により、研究者は、患者が意識を持たなくても、脳がさまざまな音や言語パターンにどのように反応するかを詳細に観察できるようになりました。

無意識状態での言語処理

実験の第 1 段階では、患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。専門家は、海馬のニューロンがこれらの異常なノイズを一貫して検出していることに気づきました。さらに興味深いことに、それらを認識する脳の能力は時間の経過とともに向上し、麻酔中であっても学習プロセスまたは神経可塑性が活性化していることを示唆しています。

その後、脳活動を記録し続けながら物語を再現するなど、研究の複雑さはさらに増しました。海馬はリアルタイムの言語処理の明らかな証拠を示しています。神経パターンから、脳が名詞、動詞、形容詞などのさまざまな文法クラスを区別できることが明らかになりました。

もう一つの驚くべき発見がチームによってなされた。それは、神経信号を使用して、将来の単語が表現される前に予測できるというものだ。

テキサス小児病院ダンカン神経研究所のゴードン・アンド・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博士によると、明らかな意識がないときでも、脳は展開する物語を予期しているようだという。

ベイラー大学の脳神経外科教授ベンジャミン・ヘイデン博士は、このタイプの予測コーディングは、しばしば覚醒状態やマインドフルネスと関連しているが、無意識の状態で起こっていると指摘した。

意識についての新しい視点

得られた結果は、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だけ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での孤立した活動ではなく、複数の脳領域間の複雑なコミュニケーションから出現する可能性があります。

研究者らは、脳の予測行動と人工知能（AI）の類似点も特定している。優れた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です。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の両方に関する科学的知識が深まり、ニューロテクノロジーの進歩と、人間の推論をシミュレートできるより洗練された AI システムを構築するための新しいアプローチへの道が開かれます。

この取り組みは、口頭でコミュニケーションする能力を失った人々のための言語補綴物など、将来のコミュニケーション技術の開発を促進する可能性もあります。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んで操作することはできるでしょうか?研究の筆頭著者でベイラー大学の神経外科レジデントであるヴィジ・カトロウィッツ博士は、これらは脳のこの部分に関して我々が現在検討できる疑問であると述べた。

追加の研究の必要性

研究者らは、結論は慎重に解釈する必要があると警告している。この研究は特定の種類の全身麻酔に焦点を当てているため、結果は自然睡眠や昏睡などの他の意識不明状態には適用できない可能性があります。さらに、調査は単一の脳領域に焦点を当てており、これらのプロセスが脳の他の部分でどの程度発生するかについては、さらなる解明が必要です。

この研究は、意識があるということが何を意味するのかを再考するよう私たちに導きます、とシェス博士は結論付けました。脳は、私たちが完全に理解できる以上に多くの活動をバックグラウンドで実行しています。