Sensing the heart, seeing the world: Neural mechanisms of attentional allocation between interoception and exteroception

私たちの人生のあらゆる瞬間、私たちの脳は二つの非常に異なる種類の情報をやりくりしています。一つの流れは外の世界からやってきます。木の見え方、車の音、肌に感じる風の感触などです。もう一つの流れは、自分自身の体の奥深くからやってきます。心臓の鼓動のリズム、胃の満腹感、筋肉の緊張などです。私たちはこの第一の種類の感覚を「外受容感覚（エキステロセプション）」と呼び、第二のものを「内受容感覚（インテロセプション）」と呼んでいます。私たちは周囲の世界に注意を向けることには慣れていますが、自分自身の体からの信号は、多くの場合、気づかれないままバックグラウンドで流れています。しかし、これらの内部信号は極めて重要です。それらは私たちがどのように感じ、どのように意思決定を行い、どのように体を円滑に機能させ続けるかを形作っています。科学者にとっての大きな疑問は、二つの信号が注意を巡らせるために競合したとき、脳がどちらのストリームに焦点を当てるかをどのように決定しているのかという点です。脳は単に一方のボリュームを上げ、もう一方を下げるだけなのでしょうか、それとも両者のバランスを取るためのより複雑な戦略を用いているのでしょうか。

ある研究チームは、健康な成人の脳を観察しながら、自身の心拍と視覚的なタスクの間で注意を切り替えさせることで、この問いに答えようとしました。彼らは、内側に目を向けることと外側に目を向けることで、脳が異なるネットワークを使用するのか、そして一方に集中することが、もう一方を扱う脳の部分を実際に静めるのかどうかを知りたいと考えました。これを行うために、彼らは、人が何を求められても外の世界が全く同じに見えるような、巧妙な実験を設計しました。参加者は、脳の活動を撮影する装置である磁気共鳴画像装置（MRI）のスキャナーの中に横たわりました。鏡越しに、彼らは高速で動く視覚的なノイズのストリームが表示されたスクリーンを見ていました。そのノイズの中に、普通の人間の心拍に合わせて現れたり消えたりする、小さな縞模様の形が隠されていました。

参加者は、交互に時間を区切られた二つの異なる仕事を与えられました。一つの仕事では、それらの小さな視覚的な形がいくつ見えたかを数えるように指示されました。もう一つの仕事では、それらの形を完全に無視し、代わりに自分の胸の中で自分の心臓が何回鼓動したかを数えるように指示されました。決定的なことに、視覚的な形とノイズのストリームは、両方のタスクの間、全く同じ速度と音量で再生され続けました。変わったのは、その人がどこに注意を向けるよう指示されたかだけでした。このセットアップにより、研究者は、目に映るものの変化やタスクの難易度ではなく、「注意の方向」に対する脳の反応を分離することができました。結果として、参加者は視覚的な形を数えることも、心拍を数えることも、同様の正確さと自信を持って行うことができ、これは脳が単に注意を切り替えていただけであり、片方のタスクに苦戦していたわけではないことを裏付けました。

研究者が脳スキャンを調べたところ、脳はこれら二つの仕事を処理するために、全く異なる二つの「近隣地域（ネットワーク）」を使用していることがわかりました。人々が視覚的な形を数えているとき、脳の後部と上部にある領域のネットワークが活性化しました。これには、視覚を司る後頭部の視覚野と、注意を導く役割を持つ上方の領域である上頭頂小葉が含まれます。興味深いことに、脳は単に視覚領域をオンにしただけでなく、視界の端を表現する視覚野の活動を抑え、中心部の活動を高めていました。それはまるで、脳がスクリーンの中心にスポットライトを当て、それ以外を暗くしたかのようでした。

対照的に、人々が心拍を数えることに切り替えたとき、別の脳領域が活性化しました。このネットワークは、体の内部状態を感知するハブとして機能する、脳の側面にある深い組織のひだである島（インスラ）を中心に展開していました。スキャンでは、島の前後部分、および思考や制御を助ける脳の上部付近の領域の両方で強い活動が見られました。これは、体に注意を向けるには、世界を見るために使用するシステムとは明確に区別された専用のシステムが必要であることを示唆しています。

おそらく最も啓示的な発見は、脳がギアを切り替えたときに何が起きたかです。研究によれば、人々が視覚的な形に集中しているとき、身体感覚のハブである島（インスラ）の活動は、通常の安静時レベルを下回っていました。脳が島を使っていないというだけでなく、積極的に抑制していたのです。同様に、人々が心拍に集中しているとき、視覚的なノイズは依然として存在していたにもかかわらず、視界の端を処理する視覚野の部分は静かなままでした。これは、脳が単に一つのものに注意を加えるのではなく、競合する情報源の処理を能動的に減衰させていることを示しています。それは、リソースを一方のシステムを上げ、もう一方を下げることでシフトさせる、競争的なプロセスなのです。

また、研究者たちは、心拍を数える能力と脳の振る舞いの間に相関関係があることも発見しました。心拍を数えるのが得意な人は、脳の右側にある下頭頂小лоulesと呼ばれる特定の領域の活動が少ない傾向にありました。この領域は、外の世界にあるものに気づくのを助けることで知られています。この発見は、自分の体に耳を傾けることが上手いということは、絶えず外の世界をスキャンしている脳の部分を静める能力に依存している可能性があることを示唆しています。言い換えれば、最高の「内受容センサー」とは、内側からの静かな信号を聞き取るために、外部環境のノーイズを最も効果的に遮断できる人のことなのです。

この研究は、脳が内なる世界と外なる世界の間の繊細なバランスをどのように管理しているかについて、明確な全体像を提供しています。それは、注意とは単一のスイッチではなく、異なる脳ネットワーク間での活性化と抑制の協調したダンスであることを示しています。私たちが外側に目を向けるとき、内側のセンサーを沈黙させ、内側に目を向けるとき、外側のセンサーを静めます。このようなリソースの競争的な配分によって、私たちは、賑やかな通りを歩いているときでも、自分自身の生命の微かなリズムを感じ取るときでも、その瞬間に最も重要なことに集中できるのです。これらの知見は、体が感じられる能力とは、単に信号を受動的に受け取ることではなく、内側と外側の世界が互いに圧倒し合わないように、脳の注意リソースを管理するという能動的なスキルであることを示唆しています。