Neural correlates of location-response compatibility in an immersive virtual-reality Attention Network Test: a multiverse electroencephalography analysis

人間の脳は、集中力の達人であり、絶え間なく押し寄せる感覚情報の奔流をフィルタリングして、最も重要なものへと焦点を絞り込み続けています。この「注意」と呼ばれる能力は、単一のスイッチではなく、注意をそらすものを管理し、新しい信号へと向きを向け、感覚が混在したメッセージを送ってきた際に生じる葛藤を解決するために、複数のシステムが連携して働く集合体です。科学者たちは長年、参加者が画面上の視覚的な合図に反応してボタンを押すという、制御された実験室内のタスクを用いて、これらのシステムを研究してきました。これらの実験は、理論上どのように注意が働くかを明らかにしますが、現実世界の豊かな三次元的な文脈を剥ぎ取ってしまうことがよくあります。問題は、周囲の空間がリアルに感じられ、自身の動きが体験の一部となる仮想世界に完全に没入しているとき、脳は注意の扱い方を変えるのかという点です。この違いを理解することは、静かな実験室で学んだ注意のルールが、私たちがますます居住する機会を増やしている複雑で没入感のある環境にも適用されるのかどうかを判断する上で極めて重要です。

これを探求するために、研究者たちは、人をコンピュータ生成の世界の中に置く技術である没入型バーチャルリアリティ（VR）を利用し、古典的な注意テストをこの新しい設定に適応させました。彼らは44人の若者を対象に、仮想空間内に現れる特定のターゲットを識別するというタスクを行わせました。課題は、ターゲットが現れる場所と、ボタンを押すために使用する手との関係性にありました。ターゲットが現れる場所と使用する手が一致する場合、それは自然で容易に感じられるセットアップです。しかし、ターゲットが要求される手とは反対側に現れることもあり、その場合は、脳が動作を調整するために、より一層の努力を強いられる不一致が生じます。このテストをバーチャルリアリティ環境の中に配置することで、チームは、参加者がタスクを遠くから眺めているのではなく、タスクに囲まれていると感じながら、脳がいかにしてこの空間的な葛藤を管理しているかを観察することができました。

研究者たちは、神経活動のタイミングを明らかにする頭皮からの電気信号を記録するという、非常に高感度な手法を用いて、脳の動きを観察しました。生の信号を分析用にクリーニングし準備する方法には多くのやり方があるため、チームは単一の手法に頼ることはしませんでした。代わりに、結果が特定の選択肢による偶然の産物ではないことを保証するために、約200通りの異なるデータ処理のバリエーションを通じて分析を実行しました。彼らは、脳がターゲットを選択し、反応を準備するときに現れる特定の脳波のパターンを探しました。彼らが特に注目したのは、後頭部に現れる信号であり、これは特定の空間上の位置に焦点を合わせる脳の能力を反映していることが知られています。

結果は、バーチャルリアリティにおいて脳がどのように場所と反応の葛藤を処理するかについて、明確かつ一貫した物語を明らかにしました。ターゲットの位置と要求される手の動きが一致しないとき、脳は空間選択に関連する明確かつ信頼できる活動の増加を示しました。ターゲットの位置をコード化しようとする脳の働きを示すこの信号は、研究者がテストした約200通りの分析経路のすべてにおいて出現しました。この効果は、脳活動が反応に使用する手に対してではなく、仮想空間におけるターゲットの実際の位置に対して測定されたときに最も強く現れました。このことは、脳が単に手の物理的な動きを計画しているのではなく、主に物体が世界のどこにあるのかを特定することに集中していることを示唆しています。

興味深いことに、この研究では、この神経的な葛藤が、行動の遅延や精度の低下にはつながらないことが分かりました。参加者は、位置と反応が一致する場合でも葛藤する場合でも、同様の容易さでタスクを遂行しており、つまり、内部的な神経的努力にもかかわらず、外的なパフォーマンスは安定していたのです。研究者たちはまた、一般的な感覚処理、葛藤の解決、あるいは最終的な決定に関連する信号など、困難を説明する可能性のある他の種類の脳活動についても調査しました。これらの他の信号は、同じ一貫したパターンを示しませんでした。証拠は、場所の選択と、その場所をコード化するという脳のメカニズムこそが、不一致によって影響を受ける主要な要因であることを具体的に指し示しています。

この研究は、没入型の仮想環境と相互作用するとき、私たちの注意システムは、見ているものとどのように行動するかとの関係によって調整されることを示唆しています。脳は、空間的な葛藤に対して、ターゲットの位置を特定するための神経活動を高めることで反応しますが、このプロセスは、私たちの外的な行動が完璧であるときにも起こります。この知見は、この特定の神経メカニズムが、より広範な感覚信号や意思決定信号よりも、この文脈において強固で一貫していることを示しています。何百もの分析的可能性をテストするという厳格なアプローチを用いることで、本研究は、周囲の世界が仮想的であるときに脳がどのように注意の焦点を適応させるかについて自信を持って提示しており、脳の内部的な空間マップが、私たちがこれらのデジタル領域をナビゲートする方法において重要な役割を果たしていることを強調しています。