それは現実か、それとも想像か？脳はこうやってその違いを判断する

この物語 のオリジナル版はQuanta Magazineに掲載されました。

これは現実ですか？それともただの空想ですか？

これらはクイーンの曲「ボヘミアン・ラプソディ」の歌詞だけではありません。脳は、目から送られてくる視覚信号の流れと、想像から湧き上がる純粋な心象風景を処理しながら、常に答えを出さなければならない問いでもあります。脳スキャン研究では、何かを見ることと想像することは、非常によく似た神経活動パターンを引き起こすことが繰り返し示されています。しかし、ほとんどの人にとって、それらが生み出す主観的な体験は全く異なります。

「今、窓の外を見れば、ユニコーンが通りを歩いている姿を想像できるんです」とミネソタ大学の准教授、トーマス・ナセラリス氏は言う。通りは現実のものに見えても、ユニコーンは現実ではない。「私にはそれがはっきりと分かります」と彼は言った。ユニコーンが神話上の生き物だという事実は、この状況にはほとんど関係ない。想像上の白い馬でさえ、同じように非現実的に思えるのだ。

では、「なぜ私たちは常に幻覚を見ないのか？」と、ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンのポスドク研究員であるナディーン・ダイクストラ氏は問いかけた。彼女が率いた研究は最近、ネイチャー・コミュニケーションズ誌に掲載され、興味深い答えを提示している。脳は処理している画像を「現実閾値」に照らし合わせて評価する。信号が閾値を超えると、脳はそれを現実だと認識し、超えなければ、脳はそれを想像上のものだと認識するのだ。

このようなシステムは、想像上の信号が通常弱いため、ほとんどの場合うまく機能します。しかし、想像上の信号が閾値を超えるほど強い場合、脳はそれを現実と認識します。

脳は心の中のイメージを評価する能力に非常に優れていますが、「この種の現実確認は深刻な問題である」ようです、とグラスゴー大学の視覚・認知神経科学教授であるラース・ムックリ氏は述べています。今回の新たな発見は、このシステムの変動や変化が幻覚、侵入思考、さらには夢を見ることにつながる可能性があるのか​​という疑問を提起しています。

「私の意見では、彼らは哲学者たちが何世紀にもわたって議論してきた問題を取り上げ、予測可能な結果を​​もたらすモデルを定義し、それをテストするという素晴らしい仕事をした」とナセラリス氏は語った。

知覚と想像力が混ざり合うとき

ダイクストラの想像上のイメージに関する研究は、新型コロナウイルス感染症のパンデミック初期、隔離とロックダウンによって予定されていた研究が中断された時期に始まりました。退屈した彼女は、想像力に関する科学文献を読み漁り始め、その後、科学者たちがそのような抽象的な概念をどのように検証したかを示す歴史的記録を求めて、何時間もかけて論文を精査しました。こうして彼女は、心理学者メアリー・チェブス・ウェスト・パーキーが1910年に行った研究にたどり着きました。

パーキーは参加者に、何もない壁を見つめながら果物を思い浮かべるように指示しました。参加者が果物を思い浮かべている間、彼女はこっそりと果物の非常にかすかな映像（ほとんど見えないほどかすかな映像）を壁に投影し、何かが見えるかどうか尋ねました。誰も現実の何かを見たとは思っていませんでしたが、想像した映像がとても鮮明に見えたとコメントしました。「想像だと知らなかったら、現実だと思ったでしょう」と、ある参加者は言いました。

パーキーの結論は、私たちが何かに対して抱いている知覚が、私たちが想像していると知っているものと一致するとき、私たちはそれを想像上のものだと想定するというものでした。これは後に心理学においてパーキー効果として知られるようになりました。「これは偉大な古典です」と、アントワープ大学の哲学心理学教授であるベンス・ナナイ氏は述べています。「イメージについて書く際には、パーキーの実験について意見を述べることが必須事項となりました」

1970年代、心理学者のシドニー・ジョエルソン・シーガルは、パーキーの研究への関心を再び高め、実験を改良・更新しました。ある追跡研究で、シーガルは参加者にニューヨークの街並みなど何かを想像するよう指示し、同時に壁にトマトなど別のものをかすかに投影しました。参加者が見たのは、想像上のイメージと、夕焼けのニューヨークの街並みなど現実のものが混ざり合ったものでした。シーガルの研究結果は、知覚と想像が時に「文字通り混ざり合う」可能性があることを示唆しているとナネイ氏は述べています。

パーキーの研究結果を再現しようとした研究の全てが成功したわけではない。参加者に繰り返し実験を行わせた研究もあり、結果が曖昧になった。ナセラリス氏によると、人は何をテストしようとしているのかを知ると、自分が正しいと思う答えに変えてしまう傾向があるという。

そこでダイクストラは、ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンのメタ認知専門家であるスティーブ・フレミングの指導の下、この問題を回避した現代版の実験を実施した。彼らの研究では、被験者は一度しかテストを受けないため、回答を編集する機会がなかった。この研究は、パーキー効果と、脳が現実と想像をどのように区別するかに関する他の2つの対立する仮説をモデル化し、検証した。

評価ネットワーク

代替仮説の一つは、脳は現実と想像に同じネットワークを用いているが、機能的磁気共鳴画像法（fMRI）による脳スキャンでは、神経科学者がネットワークの使い方の違いを識別できるほど解像度が高くないというものだ。例えば、マックリの研究の一つは、画像を処理する脳の視覚野において、想像上の経験は現実の経験よりも表層にコード化されていることを示唆している。

機能的脳画像診断では、「私たちは目を細めているようなものです」とマックリ氏は述べた。脳スキャンの1ピクセルに相当する領域には約1,000個のニューロンがあり、それぞれのニューロンが何をしているのかは見えない。

ニューサウスウェールズ大学のジョエル・ピアソンが主導した研究によって示唆されたもう一つの仮説は、脳内の同じ経路が想像力と知覚の両方をコード化しているが、想像力は知覚のより弱い形態であるというものである。

パンデミックによるロックダウン中、ダイクストラ氏とフレミング氏はオンライン研究の参加者を募集しました。400人の参加者は、一連の静止画を見て、斜めの線が右または左に傾いていることを想像するよう指示されました。各試行の間に、画像の鮮明さを1から5の尺度で評価するよう求められました。参加者には知らされていませんでしたが、最後の試行では、研究者が斜めの線が投影されたかすかな画像の輝度を徐々に上げ、参加者が想像するように指示された方向、または反対方向に傾けていました。その後、研究者は参加者に、見たものが現実か想像か尋ねました。

ダイクストラは、パーキー効果、つまり想像上の画像と投影された画像が一致した時、参加者は投影された画像を想像の産物として認識するだろうと期待していました。しかし実際には、参加者は画像が実際にそこに存在すると考える傾向がはるかに強かったのです。

しかし、これらの結果には少なくともパーキー効果の反響があった。つまり、画像がそこにあったと思った参加者は、それがすべて自分の想像だと思った参加者よりも鮮明にそれを見ていたのだ。

2つ目の実験では、ダイクストラ氏とチームは最後の試行で画像を提示しませんでした。しかし、結果は同じでした。見ているものをより鮮明だと評価した人は、それを現実だと評価する可能性も高かったのです。

ダイクストラ氏は、これらの観察結果は、私たちの心の目に映るイメージと現実世界で知覚されるイメージが混ざり合っていることを示唆していると述べた。「この混合信号が十分に強く、あるいは鮮明であれば、私たちはそれが現実を反映していると考えます。」視覚信号が脳にとって現実のものと感じられる閾値があり、それ以下では想像上のものと感じられる可能性が高いと彼女は考えている。しかし、より緩やかな連続体が存在する可能性もある。

現実と想像を区別しようとしている脳内で何が起こっているかを知るために、研究者らは、35人の参加者がじょうろから雄鶏までさまざまなイメージを鮮明に想像し、知覚した以前の研究の脳スキャンを再分析した。

他の研究と同様に、2つのシナリオにおける視覚野の活動パターンは非常に類似していることが分かりました。「鮮明なイメージは知覚に近いですが、かすかな知覚がイメージに近いかどうかは明確ではありません」とダイクストラ氏は述べています。かすかなイメージを見ると想像に似たパターンが生じる可能性を示唆する兆候は見られましたが、その差は有意ではなく、さらなる検討が必要です。

明らかなのは、脳が空想と現実の混同を避けるために、心の中のイメージの強さを正確に調整できなければならないということです。「脳は、非常に慎重なバランス調整をしなければなりません」とナセラリス氏は言います。「ある意味では、脳は心の中のイメージを視覚的なイメージと同じくらい文字通りに解釈するのです。」

研究チームは、信号の強度が、感情や記憶（その他の役割も含む）を分析する前頭葉皮質で読み取られ、あるいは制御されている可能性があることを発見した。しかし、心の中のイメージの鮮明さ、あるいはイメージ信号の強度と現実の閾値の差を何が決定するのかはまだ明らかではない。神経伝達物質、神経接続の変化、あるいは全く別の何かが原因かもしれないとナセラリス氏は述べた。

現実の閾値を設定し、信号を想像上の画像への経路に送るべきか、それとも実際に知覚された画像への経路に送るべきかを決定するのは、別の未確認のニューロンのサブセットである可能性もある。この発見は最初の仮説と3番目の仮説をうまく結び付けるだろうとマックリ氏は述べた。

マックリ氏は、この研究結果が最初の仮説を支持する自身の研究結果とは異なるものの、彼らの推論には好感を抱いている。「刺激的な論文だ。興味深い結論だ」と彼は述べた。

しかし、想像力とは、ノイズの多い背景に数本の線をただ眺める以上のプロセスだと、ダートマス大学の認知神経科学教授ピーター・ツェ氏は言う。彼によると、想像力とは、戸棚の中にあるものを見て夕食に何を作るかを決める能力、あるいは（ライト兄弟なら）プロペラを翼に取り付けて飛んでいるところを想像する能力のことだ。

パーキーの発見とダイクストラの発見の違いは、両者の手法の違いによるところが大きいかもしれない。しかし、それはまた別の可能性を示唆している。それは、私たちが祖先とは異なる方法で世界を認識している可能性だ。

ダイクストラ氏によると、彼女の研究は画像の現実性への信念ではなく、むしろ現実の「感覚」に焦点を当てているという。著者らは、投影された画像、ビデオ、その他の現実表現が21世紀には当たり前になっているため、私たちの脳はわずか1世紀前の人々とは若干異なる方法で現実を評価することを学んでいる可能性があると推測している。

この実験の参加者は「何かを見ることを期待していなかった」にもかかわらず、「1910年にいて人生で一度もプロジェクターを見たことがない人よりは、何かを見ることは予想されていた」とダイクストラ氏は述べた。したがって、今日の現実の閾値は過去よりもはるかに低くなっている可能性が高いため、閾値を超えて脳を混乱させるには、はるかに鮮明な想像上の画像が必要になる可能性がある。

幻覚の根拠

この発見は、想像と知覚の区別が曖昧になる様々な状況において、このメカニズムが関連している可能性があるかどうかという疑問を提起する。例えば、ダイクストラ氏は、人が眠りに落ち始め、現実が夢の世界と混ざり始めると、現実閾値が低下する可能性があると推測している。統合失調症のように「現実の全般的な崩壊」が見られる状況では、キャリブレーションの問題が生じる可能性があるとダイクストラ氏は述べた。

「精神病の場合、イメージが非常に鮮明で閾値に達してしまう場合もあれば、閾値がずれている場合もあります」と、アデルフィ大学心理学助教授のカロリナ・レンパート氏は述べた。レンパート氏は今回の研究には関与していない。幻覚を経験する人には、ある種の感覚過活動が見られることがいくつかの研究で分かっており、これはイメージ信号が増大していることを示唆している。しかし、幻覚が発現するメカニズムを明らかにするには、さらなる研究が必要だとレンパート氏は付け加えた。「結局のところ、鮮明なイメージを体験する人のほとんどは幻覚を見ないのですから」

ナナイ氏は、ハイパーファンタジア（極めて鮮明な想像を現実と混同することが多い）の患者の現実閾値を研究することは興味深いと考えている。同様に、薬物による幻覚や明晰夢など、現実ではないと分かっている非常に強い想像体験に苦しむ状況もある。心的外傷後ストレス障害（PTSD）などの症状では、患者はしばしば「見たくないものを見始める」ようになり、それが本来あるべき姿以上に現実に感じられるとダイクストラ氏は述べた。

これらの問題の中には、通常はこうした区別を助ける脳のメカニズムの欠陥が関係している可能性があります。ダイクストラ氏は、心の中でイメージを意識的に想像することができないアファンタジアの患者の現実閾値を調べることは有益かもしれないと考えています。

脳が現実と想像を区別するメカニズムは、現実の画像と偽物（偽物）の画像を区別する方法にも関連している可能性があります。シミュレーションが現実に近づきつつある世界では、現実の画像と偽物の画像を区別することはますます困難になるだろうとレンパート氏は述べました。「おそらく、これはこれまで以上に重要な問題になっていると思います。」

ダイクストラ氏とチームは現在、実験を脳スキャナーで使えるように改良する作業を進めている。「ロックダウンが終わったので、もう一度脳を観察したいと思っています」と彼女は語った。

彼女は最終的に、このシステムを操作して想像をよりリアルに感じられるようにできるかどうかを解明したいと考えています。例えば、仮想現実と神経インプラントは、視覚障害者の視力回復など、医療分野で現在研究されています。経験をよりリアルに感じさせる、あるいはよりリアルに感じさせる能力は、このような応用において非常に重要になる可能性があると彼女は述べています。

現実は脳が構築したものであることを考えると、それは突飛なことではありません。

「私たちの頭蓋骨の下では、すべてが作り上げられています」とマックリ氏は述べた。「私たちは、その豊かさ、細部、色彩、音、内容、そして興奮といった世界を完全に構築しています。…それは私たちのニューロンによって創造されているのです。」

つまり、ある人にとっての現実は、別の人にとっての現実とは異なるということだとダイクストラ氏は言う。「想像と現実の境界線は、それほどはっきりしたものではないのです。」

オリジナルストーリーは、数学、物理科学、生命科学の研究の進展や動向を取り上げることで科学に対する一般の理解を深めることを使命とする、 シモンズ財団の編集上独立した出版物であるQuanta Magazineから許可を得て転載されました。

2024年3月5日午後3時15分GMTに更新: シドニー・ジョエルソン・シーガルの性別が修正されました。