Global structure of new relational knowledge networks is represented in retrosplenial complex, and node-distance in hippocampus

あなたの脳を、単に本を棚に並べるだけでなく、すべての物語が他の物語とどのように繋がっているかを正確に把握している、超スマートな司書だと想像してみてください。科学者たちは古くから、都市や森の中を通り抜けるような物理的な場所をナビゲートする役割を担う脳の部分が、概念的な空間をナビゲートするのを助ける部分と同じである可能性を疑ってきました。概念的な空間とは、「猫」が「犬」に繋がり、「犬」が「毛」へと繋がるような、巨大で見えないアイデアのウェブ（網）のようなものです。自宅から公園までどのくらいの距離があるかを知るために地図が必要なのと同じように、私たちの脳には、この精神的なウェブの中で二つのアイデアがどれくらい離れているかを測定する方法が必要です。この研究は、脳の奥深くにある古代の仕組みを掘り下げ、脳がコーヒーショップを見つけるときと同じようなGPSのようなツールを使って、抽象的な知識を整理しているのかどうかを調査しています。

研究者たちは、この精神的なウェブにおける2種類の「距離」に特に関心を持ちました。第一に、**局所的な距離（local distance）**です。これは、あるアイデアから別のアイデアへ到達するのに、どれだけの直接的なステップが必要かというものです（例えば、リビングからキッチンへ歩くようなもの）。第二に、**グローバルな重要性（global importance）**です。これは、特定のアイデアがネットワーク全体の中でどれほど中心的であるかということです。そのノード（結節点）は、多くの経路が交差する賑やかな都市の交差点のようなもの（高いグローバルな重要性）でしょうか、それとも静かな行き止まりの道のようなもの（低いグローバルな重要性）でしょうか？これらの繋がりを脳がどのようにマッピングしているかを理解することは、私たちが情報の海の中で迷うことなく、どのように学び、記憶し、世界を理解しているのかを解明する手がかりとなります。

エイリアン・プラネット・ゲーム

これをテストするために、科学者たちは25人の若い男性を対象とした、ビデオゲームのような実験を作成しました。彼らは実在の都市や有名なランドマークは使いませんでした。代わりに、それぞれが独特な風景の画像で表現された、27の「エイリアン・プラネット（異星の惑星）」からなる宇宙を考案しました。参加者は、惑星間の移動ルートを学習しなければなりませんでした。彼らに地図は与えられませんでした！その代わりに、現在の惑星が表示され、次にどの3つの惑星へ「テレポート」できるかを推測するというゲームを行いました。何度も繰り返すことで、彼らは隠されたエイリアンの宇宙の構造を、自分たちの心の中に少しずつ組み立てていったのです。

翌日、十分な睡眠をとった後、参加者はMRI装置の中に入りました。静かに横たわっている間、彼らは惑星の画像を見ながら、画像内の非常に小さなグリッチ（不具合）を見つける作業を行いました。これは、記憶の測定について気づかれないように、脳を活動状態に保つための「カバー・タスク（偽装課題）」でした。科学者たちは、表現類似性解析（RSA）と呼ばれる特殊な技術を用いて、脳の活動パターンを調べました。彼らはこう問いかけました。「脳が惑星Aを見たとき、その活動パターンは、近くにある惑星Bのパターンに似ているのか、それとも遠くにある惑星Zのパターンに似ているのか？」彼らは、これらの脳のパターンをエイリアンのネットワークの数学的モデルと比較し、どの脳領域がマップを追跡しているのかを特定しました。

脳のGPS：2つの異なる仕事

研究の結果、脳には単一の「マップ・センター」があるのではなく、この抽象的なネットワークのナビゲーションという仕事を、専門化されたチームのように、2つの特定の領域に分担させていることが分かりました。

1. 距離のトラッカー（後部海馬および右後帯状皮質複合体）
研究者たちは、後部海馬（脳の深部にあるタツノオトシゴのような形の構造）と、右後帯状皮質複合体（脳の後方付近にある領域）が、距離の追跡に忙しく働いていることを発見しました。参加者が惑星について考えているとき、これらの領域は、惑星間の「ホップ（跳躍）」やステップの数と一致するように活動しました。もし二つの惑星がネットワーク内で隣同士であれば、脳の活動パターンは非常に似通っていました。もし離れていれば、パターンは大きく異なっていました。それはまるで、これらの脳領域が精神的な階段の段数を数えて、「あのアイデアまでは3ジャンプの距離にあるよ」と脳に伝えているかのようでした。

2. グローバル・ハブ（左後帯状皮質複合体）
ここからが非常に興味深いところです。右脳がステップを数えている一方で、左後帯状皮質複合体は異なることをしていました。そこは単にステップを数えているのではなく、**グローバルな連結性（global connectivity）**を追跡していました。この領域は、どの惑星がネットワークの「ハブ」、つまりシステム内のあらゆるものに対してトポロジー的に近い存在であるかを知っているようでした。それは、今自分がどこにいるかに関わらず、航空会社のメインハブがどの空港であるかを知っている管制塔のようなものです。このことは、左側の領域が「大きな絵」となるマップを構築し、ネットワーク全体の形状や重要性を理解するのを助けていることを示唆しています。

脳が「行わなかった」こと

この研究では、いくつかの事項についても否定されました。科学者たちは、嗅周皮質（脳内でグリッド状のマップに関連するとされる別の領域）が、この特定のタスクにおいて距離を追跡している兆候を示さなかったことに驚きました。また、脳は、期待されていたような方法で局所的な連結性（ある惑星が直接持っている隣人の数）を追跡しているようには見えませんでした。これは、私たちの脳が、物事の距離やシステム全体における中心性を測ることは得意であるものの、「直接の友人の数」の扱い方は異なる方法で行っているか、あるいは、単にマップを思い出す時ではなく、実際にルートを計画している時にのみその処理を行っている可能性を示唆しています。

まとめ

簡単に言えば、この論文は、私たちが新しい抽象的なシステム（新しいルール、ソーシャルネットワーク、あるいは学校での複雑なトピックなど）を学ぶとき、私たちの脳は、都市をナビゲートする際に使うものと同じツールを使って、そのマップを作り上げていることを示唆しています。後部海馬と右後帯状皮質複合体は、私たちの「ステップカウンター」として、アイデア間の距離を測定します。一方、左後帯状皮質複合体は「マスター・アーキテクト（主設計者）」として、どのアイデアがネットワーク全体における最も重要なハブであるかを把握しています。私たちの脳は生まれながらの地図製作者であり、最も抽象的な知識であっても、それをナビゲート可能な景観へと変え、情報のウェブの中で迷わないようにしてくれているのです。