Bodily Self-Perception During Vestibular Galvanic Stimulation in Virtual Reality: A Replication and Extension of Karnath et al. (2019)

世界をナビゲートするために、私たちの脳は絶えず自分自身の身体に関するメンタルマップ（精神的な地図）を構築し続けなければなりません。単に物にぶつかるのを避けるためだけでなく、空間における自分の立ち位置を理解するために、私たちは腕がどこで終わり、脚がどこから始まるのかを知る必要があります。この内的な自己感覚は、複雑なセンサーのチームに依存しています。私たちは目を使って自分の形を捉え、筋肉や関節にある特殊なセンサーを使って自分の位置を感じ取ります。しかし、そこにはしばら見落とされがちな3人目のチームメンバーが存在します。それが前庭系です。内耳の奥深くに位置するこのシステムは、身体に組み込まれたジャイロスコープのように機能し、頭部の動きや重力に対する向きを検知します。このシステムがバランスを保つのに不可欠であることは分かっていますが、科学者たちは、それが「自分の身体の部位がどのくらいの大きさであると感じるか」を決定する助けにもなっているのではないかと、かねてより疑問を抱いてきました。内耳は、腕が特定の長さであるという感覚に寄与しているのでしょうか、それともそれは純粋に目や筋肉の役割なのでしょうか。

最近のある研究は、内耳を欺くことで、脳が身体の大きさについての考えを変えるかどうかを検証しようと試みました。研究者たちは、ガルバニック前庭電気刺激と呼ばれる手法に焦り、これは耳の後ろに小さな電極を配置して、皮膚を通じて非常に微弱な電流を流すものです。この電流は、内耳が脳に送る信号を穏やかに乱し、人が完全に静止しているときでも、動きや傾きの感覚を作り出します。以前の実験では、研究者たちがバーチャルリアリティ（VR）環境の中でこの手法を用い、刺激を与えても腕の長さの知覚は変化しないものの、身体の左側と右側の間に奇妙な差異が生じることに気づきました。今回の新しい研究は、より強力な電流と異なる種類の電気信号を用いて、内耳へのより強い刺激が最終的に身体知覚の変化をもたらすかどうかを確認するために、より大規模なグループを用いてその研究を再現することを目指しました。

20人の健康なボランティアが、高品質なVRヘッドセットを装着してリクライニングチェアに座った状態で実験に参加しました。ヘッドセットの中では、本人の実際の身長と腕の長さに合わせて調整されたデジタル版の自分自身、つまりアバターが見えていました。課題は単純かつ精密でした。研究者が仮想の腕を実際よりも少し長く、あるいは短く表示し、参加者はそれが長すぎると感じるか、あるいは短すぎると感じるかを答えなければなりません。その後、研究者は仮想の腕が参加者の感覚と一致すると感じられるまで調整を行いました。このプロセスは、異なる条件下で何度も繰り返されました。時には、基準を作るために電気電流を全く流さない場合もありました。またある時は、一定で直接的な電流を流したり、あるいは2つの異なる強度レベルで電流を素早く交互に反転させたりしました。目的は、電気刺激によって、仮想の腕が自身の身体の感覚に一致させるために、より長くすべきだと感じるようになるかどうかを見ることでした。

結果は明確かつ一貫していました。電気電流がいかに強くても、あるいは一定であっても、あるいは激しく反転していても、参加者の腕の長さに対する知覚が変わることはありませんでした。感覚として「ちょうど良い」と感じられた仮想の腕のサイズは、内耳が刺激されているかどうかにかかわらず、同じ大きさのままでした。研究では、以前の研究で見られた特定のパターン、すなわち人々が左腕よりも右腕の長さを過大に評価する傾向についても調査されました。しかし今回、そのパターンは見られず、左右の腕は等しく正確に知覚されました。電気刺激によって、一部の参加者が軽いめまいや、頭や体が動いているような感覚を覚えることはありましたが、これらの身体的な感覚が、腕の大きさに対する認識の変化へとつながることはありませんでした。

研究者たちは、少なくともこの設定においては、内耳は肢体の大きさを判断する役割に直接関与していないようだ、と結論付けました。たとえ前庭系が強い電気信号によって混乱させられていたとしても、脳は他の情報、おそらくは視覚的な手がかりや、身体が通常どのように感じられるかという記憶に基づいて、サイズを判断していたのです。この研究は、身体像に対する内耳の影響はこれまで考えられていたよりもはるかに小さいか、あるいは健康な人々においては脳の他の感覚によって容易に上書きされてしまうことを示唆しています。実験では、一部の理論が予測したような劇的な身体知覚の変化は見つかりませんでしたが、脳がどのように相反する信号を処理するかについての、詳細で堅実な洞察が得られました。内耳が動きに関する誤ったメッセージを送ったとしても、脳は必ずしも身体の地図を書き換えることはなく、感覚が不安定なときでも、自分自身のサイズに対する感覚を一定に保っていることが示されたのです。