A cascade of attentional and default mode network dynamics following the resolution of perceptual ambiguity
fMRIと微細なパセレーション化を用いることで、本研究は、二安定視における自発的な知覚反転が、報告後の4秒間にわたる背側注意ネットワークおよび視覚ネットワークの急速なサージとデフォルトモードネットワークの抑制を特徴とする、物理的に誘発されたものとは異なる独特な脳活動の時間的カスケードを引き起こすことを明らかにしている。
原論文は CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) でライセンスされています。 これは査読を受けていないプレプリントのAI生成解説です。医学的助言ではありません。この内容に基づいて健康上の判断をしないでください。 免責事項の全文を読む
立方体が二つの異なる角度の間で入れ替わって見えるような、曖昧な画像を見ているとき、あなたの知覚は静止していません。紙の上の絵自体は決して変化しないにもかかわらず、脳は二つの可能な解釈の間を自発的に行き来します。この現象は「二安定知覚（bistable perception）」として知られており、私たちが目にしているものは世界の直接的なコピーではなく、自分自身の心によって作り上げられた構築物であることを示しているため、科学者たちを長年魅了してきました。数十年にわたり、研究者たちはこの切り替えが脳のどこで起こるのかについて議論を重ねてきました。ある者は、生の視覚データを処理する脳の初期段階から始まると信じており、またある者は、注意や意思決定を管理する高次の制御センターによって駆動されていると主張しています。このような不確実性を解決するために、これら異なる脳のシステムがどのように連携しているのかを理解することは、意識的な気づきの本質そのものを把握する上で極めて重要です。
ある研究チームは、この神経活動の正確なタイミングをマッピングすることに着手しました。彼らは、回転する点のパターンから3D形状を作り出す「運動奥行効果（kinetic depth effect）」という特定の種類の動的な視覚刺激を用いました。一つの条件では、点が回転することで、脳が二つの回転方向の間を自発的に切り替わるように設定されました。二つ目の条件では、研究者たちはそれらの切り替えの録画を再生し、脳が自ら生成したものではなく、コンピュータによって既に決定された変化に対して反応するように強制しました。自発的な切り替えと強制的な切り替えにおける脳活動を比較することで、チームは、内部的に生成された知覚の変化に特有の神経学的シグネチャーを分離することができました。彼らは、機能的磁気共鳴画像法（fMRI）を用いて6人の被験者の脳をスキャンしました。これは、血流を測定することで、どの部分の脳がどの瞬間に活動しているかを追跡する技術です。
研究の結果、人が自発的に知覚の切り替えを決定したとき、特定の神経活動の連鎖が非常に明確なタイムラインに従って発生することが明らかになりました。人が切り替えを報告するためにボタンを押してから約4秒後、背側注意ネットワークと視覚野において活動の波がピークに達します。これらは、注意を集中させ、目に見えるものを処理する責任を負う領域です。全く同じ瞬間に、「デフォルトモードネットワーク」として知られる、通常は心がさまよっていたり自分自身について考えていたりするときに活性化する別のシステムが、活動の急激な低下を示します。このことは、視覚的なシーンの曖昧さを解決するためには、脳が内面的な思考から迅速に離脱し、注意および視覚システムに完全に没入しなければならないことを示唆しています。このパターンは非常に一貫しており、研究者がデータの解析において、単なるボタンを押すという運動動作の影響を取り除くための統計的手法を用いた場合でも、三つの異なる解析方法すべてにおいて明確に現れました。
タイムラインの後半、報告から約10秒後には、腹側注意ネットワークと前頭頂ネットワークを含む、より緩やかな第二の波が出現しました。これらの領域は、注意の再配向や複雑な意思決定に関連していることが多い場所です。この後の信号は、最初の4秒間のバーストよりも弱く不確実ではありましたが、明晰さの瞬間に続く、より長期的な認知的な調整の期間を示唆しています。研究者たちはまた、このプロセスに関与する脳領域が、知覚の切り替え中に活性化すると以前に特定されていた領域のセットと大きく重なっていることを見出し、これらの特定のネットワークが実際に中心的な役割を果たしていることを裏付けました。しかし、本研究は、自発的な切り替えに対する脳の反応が、単なるオン・オフの反応ではなく、異なる大規模なネットワークが精密な順序でオンになったりオフになったりする、高度に組織化されたシーケンスであることも強調しています。
決定的なことに、チームはこの特定の活動パターンが、単に人がボタンを押すために手を動かしたり、画面を見るために目を動かしたりすることの反映ではないことを示すことができました。すべての試行で共有される平均的な信号を取り除く高度な統計手法を用いることで、注意ネットワークが上昇し、デフォルトモードネットワークが下降するという核となるパターンが残ることを発見しました。これは、脳が報告するという物理的な行為に反応しているのではなく、新しい知覚に落ち着くために真の再編成を行っていることを示しています。これらの知見は、知覚的な曖昧さの解決とは、脳が外部の世界への集中を高めるために、自身の内面的な白昼夢の状態を能動的に抑制するダイナミックなイベントであることを示唆しています。本研究は、参加者のグループが小さく、視覚刺激も限定的であったものの、人間の脳がいかにして不確実な世界を理解するために、その広大なネットワークを調整しているかについての、明確な秒単位のマップを提供しています。
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