脳の3Dマップが言語理解の仕組みを示す

毎日、友人、家族、同僚と話したり、ポッドキャスト、映画、その他のメディアを視聴したりすると、私たちは絶えず話し言葉にさらされます。しかし、どういうわけか、私たちの脳はこれらの言葉の意味を解釈することができ、ほとんどの場合、私たちはシームレスに日々の生活を送り、理解し、記憶し、必要に応じて反応することができます。

しかし、この終わりのない流れを理解できるように私たちの脳の中で何が起こっているのでしょうか? 科学者のグループは、脳が話し言葉の意味を単語ごとにどのように表すかをマッピングすることを目指しました。本日Nature誌に発表された彼らの研究結果は、言語の意味が脳内でどのようにグループ化されているかを示す初めてのディレクトリ、つまり「意味アトラス」であるだけでなく、私たちが脳の広範囲の領域を使用していることも示しており、言語は脳のいくつかの領域に限定され、左半球だけが関与しているという考えに疑問を投げかけています。

単語の意味はセマンティクスとも呼ばれ、単語とフレーズの関係、およびそれらの意味、含意に焦点を当てています。たとえば、購入、販売、商品、店舗、カード、パッケージなどの単語にはすべて共通点があります。つまり、デビットカードを使用して商品を購入するために店舗に行くということです。脳内のセマンティクスを理解するために、これまでの研究では単語やフレーズを 1 つずつ使用して何が起こっているかを調べてきました。

しかし、カリフォルニア大学バークレー校の神経科学者ジャック・ギャラント氏と、筆頭著者のアレックス・ヒュース氏を含む同僚たちは、私たちの脳がより自然な物語をどのように描き出すのかを知りたいと考えました。彼らは7人の参加者に、物語を語る番組「ザ・モス・ラジオ・アワー」を数時間聞くよう依頼しました。彼らは各参加者をfMRI装置に接続しました。fMRI装置は、脳内のニューロンの活動によって引き起こされる血流と量の変化を測定し、脳のどの領域がいつ活性化したかを正確に観察できるようにしました。

その後、研究者らは、物語の書き起こしとfMRIスキャンを組み合わせて、まずどの単語が脳の明るい領域に対応するかを理解し、次に、その人が聞いた単語に基づいて脳の活動を予測するモデルを作成した。

言語を理解する方法のインタラクティブモデル

研究者たちは、統計モデルの助けを借りて、参加者 7 人全員からの情報をまとめ、参加者全員のどの脳領域が同時に活性化したかを示す脳の 3D モデルである脳アトラスを作成しました。また、アトラスのインタラクティブ バージョンも作成しました。インタラクティブ バージョンは、こちらでご覧いただけます。

このモデルは言語について何を教えてくれるでしょうか?

研究者たちは、言葉の意味は大脳皮質の両半球にまたがる 100 の異なる領域に分散していることを発見しました。参加者全員のスキャンを全体的に見ると、脳の特定の領域が特定の言葉の意味と関連していることが分かりました。たとえば、人に関する言葉を聞くと脳の 1 つの領域が活性化し、場所に関する言葉を聞くと別の領域が活性化し、数字に関する言葉を聞くと別の領域が活性化する傾向があり、これは脳が言語のさまざまな要素を処理する基本的な組織化原理を示しています。

結果は個人間でかなり似通っていたが、研究者が言語の決定的な地図帳を作成したわけではない。まず、この研究は世界の同じ地域から来た英語話者の 7 人の参加者だけを対象にした。また、入力ソースは 1 つだけ、つまり一連の魅力的な物語の口頭によるものだけだった。研究者たちは、経験、母国語、文化などが地図をどのように変えるかを知りたがっている。

さらに、ギャラント氏は、状況が変わったり、人の精神状態が変わったりすると、地図も変わる可能性があると考えていると語る。つまり、人が物語を聞くのではなく読む場合、あるいは魅力的な物語を聞くのではなく、試験のための退屈な詰め込み勉強という状況だった場合だ。

ギャラント氏は、これらによって地図も変化する可能性があり、今後の研究でその変化を調べる予定だと述べている。

この地図はどのように役立ちますか?

ギャラント氏は、多くの脳障害や脳損傷が脳の言語領域に影響を与えると語る。この地図帳は、脳卒中のような言語に影響を及ぼす脳損傷の後に脳とその地図がどのように変化するか、あるいは失読症のような言語障害や自閉症のような社会的言語障害でどのように異なるかを理解するための基礎となる可能性がある。

ギャラント氏は、今のところ、この研究は脳の解剖学だけでなく、その解剖学の背後にある生理学や機能の重要性を示すのに役立つと語る。「神経科学では、脳の解剖学については、単一のシナプスに至るまで多くのことが分かっていますが、私たちが本当に知りたいのは機能です。」この組み合わせが、脳を本当に理解するための鍵だと同氏は言う。

さらに研究を進めれば、このアイデアは一種の解読メカニズムとして使えるようになるかもしれない。つまり、fMRI データのマップを使って、人が読んでいる言葉、聞いている言葉、考えている言葉を「読み取る」ことができるようになるかもしれないのだ。そうすれば、ALS のようなコミュニケーション障害を持つ人々がよりよくコミュニケーションできるようになるかもしれない。