Multiple task-demands flexibly optimize neural geometry in human ventral temporal cortex

人間の知能は、ある種の精神的な機敏さによって定義されます。それは、一つの指示を聞いた直後に、全く異なるタスクを実行するために即座にギアを切り替えることができるという、努力を感じさせない能力です。もし、写真の山を動物の種別に従って分類するように求められれば、あなたはそうします。もし次の指示が、同じ写真を感情のトーンに基づいて分類するように求めたなら、あなたはためらうことなく切り替えます。この柔軟性は、脳が単一の硬直した世界のイメージを保存しているのではないことを示唆しています。むしろ、脳は、その瞬間に必要とされるものに応じて、異なる特徴を強調しながら、物事の見方を変形させることができるのです。科学者たちは、この再形成がどこで、どのように起こるのかを長年研究してきました。それは、脳全体に対して何をすべきかを伝える高次の決定センターによるものなのか、それとも、視覚情報が最初に受け取られる感覚領域の深い部分ですでに始まっているのでしょうか。

これに答えるため、研究者たちはユニークなボランティアグループに注目しました。それは、すでに皮質に電極が配置され、脳のモニタリングを受けているてんかん患者たちです。これらの患者のおかげで、科学者たちは非侵襲的な手法では達成できない鮮明さで、脳の電気活動を聴くことができました。チームは、複雑な視覚情報を処理することで知られる脳の下部、腹側側頭皮質に焦点を当てました。彼らは参加者に画像を見せ、試行ごとに3つの異なるタスクを実行してもらいました。一つのタスクでは、特定の顔と別の顔を区別するように、個々のアイテムを識別することが目標でした。二つ目のタスクでは、二匹の異なる犬がどちらも犬であると認識するように、幅広いカテゴリーにアイテムをグループ化することが目標でした。三つ目のタスクでは、物体の機能や意味を理解するように、画像の背後にある概念を理解することが目標でした。研究者たちは、現在のタスクの要求に合わせて、脳内の画像の内部マップが変化する瞬間を探していました。

結果は、この精神的な転換が即時的なものではないことを明らかにしました。参加者が新しい指示を受けたとき、脳は新しいルールに適合するように即座に世界の捉え方を再編成したわけではありませんでした。代わりに、神経表現は徐々に進化していきました。参加者が試行内の連続する刺激を見るにつれて、脳は内部の幾何学的構造をゆっくりと洗練させ、異なるアイテム間の距離を調整し、マップがタスクに合わせたものになるまで調整を行いました。このプロセスは突然の切り替えではなく、段階的なチューニングでした。腹側側頭皮質は、これら3つのタイプの要求すべてに対して、この特定のタスク依存の調整を示した唯一の領域でした。そこでは、関連する概念を近づけたり、無関係なものを遠ざけたりすることで、アイテム間の類似性を測定する方法をリアルタイムで動的に変更していました。

決定的なことに、この段階的な洗練は単なる生物学的な好奇心の対象ではありませんでした。それは、その人のパフォーマンスに直接的な影響を与えていました。脳の調整の速度と正確さが、その特定の試行における参加者の成功を予測したのです。もし神経の幾何学的構造がタスクの要求とうまく一致していれば、その人はより高いパフォーマンスを発揮しました。この発見は、脳の感覚領域が単に生のデータを高次のセンターへと送り上げるだけであるという従来の考え方に異を唱えるものです。むしろ、柔軟性の能力は、知覚の最前線ですぐに始まっていることを示唆しています。脳は、単一の思考の瞬間の中での反復を通じて、内部マップを調整しながら、漸進的かつタスク依存的な洗練を通じて、世界の捉え方をカスタマイズし始めるのです。この感覚皮質における漸進的でタスク依存的なチューニングは、新しい指示に即座に適応するという人間の能力の基礎となっているようです。