下側頭葉皮質のリサイクルがもたらしたヒトの読書能力

 ヒトの読書能力と下側頭葉皮質のリサイクルの奸計についての研究(Rajalingham et al., 2020)が報道されました。ヒトが読み書きのシステムを開発し始めたのは、過去数千年以内のことです。ヒトの読書能力は他の動物種と一線を画すものですが、数千年はヒトの脳が特に読書に専念する新しい領域を進化させるにはあまりにも短い時間枠です。読書能力の発達を説明するために、一部の科学者は、元々他の目的のために進化した脳の部分が読書のために「リサイクル」された、と仮定しました。たとえばオブジェクト認識の実行に特化した視覚システムの一部が、正字法と呼ばれる読書の主要なコンポーネント、つまり書かれた文字や単語を認識する機能に転用された、と示唆されています。この研究は、その仮説の証拠を提供します。この研究では、読む方法を知らない非ヒト霊長類であっても、下側頭葉皮質(inferotemporal cortex)と呼ばれる脳の一部が、意味のない単語と単語を区別したり、単語から特定の文字を取り出したりするなどのタスクを実行できる、と示唆しています。

 読むことは複雑な過程で、単語を認識し、それらの単語に意味を割り当て、対応する音に単語を関連づける必要があります。 これらの機能は、ヒトの脳のさまざまな部分に広がっている、と考えられています。機能的磁気共鳴画像法(fMRI)の研究により、脳が書かれた単語を処理するときに点灯する、視覚的単語形式領域(VWFA)と呼ばれる領域が特定されました。この領域は正字法の段階に関与し、乱雑な文字列や未知のアルファベットの単語から単語を区別します。VWFAは視覚皮質の一部で、オブジェクトの識別も行なう下側頭葉皮質にあります。

 2012年の研究では、ヒヒが単語と非単語の区別を学べる、と報告され、その後、単語認識の背後にある神経メカニズムに関心が抱かれました。以前の研究では、fMRIを使用して、オブジェクトや顔に反応する下側頭葉皮質の一部が、ヒトが読むことを学ぶと、書かれた単語を認識するのに非常に特化する、と明らかになっています。しかし、ヒトのイメージング手法の制限を考えると、これらの表現を個々のニューロンの解像度で特徴づけ、これらの表現が正射投影処理をサポートするために再利用できるのかどうか、またどのように再利用できるかを定量的に検証することは困難でした。

 この研究らは、霊長類の脳の一部がテキストを処理する素因がある場合、単語を見るだけで非ヒト霊長類の神経活動にそのパターンを見つけることができるかもしれない、と仮定しました。この仮説を検証するため、マカクの下側頭葉皮質全体の約500の神経部位からの神経活動が記録されました。その中には約2000の文字列があり、その一部は英語の単語で、一部は無意味な文字列でした。この方法論は、何かをするために動物を訓練する必要がない点で効率的です。

 その後、神経データは線形分類子と呼ばれる単純なコンピューターモデルに送られました。このモデルは、500の各神経部位からの入力を組み合わせて、その活動パターンを引き起こした文字列が単語か否か、予測することを学習します。動物自体はこのタスクを実行していませんが、神経データを使用して行動を生成する「代替手段」としてモデルが機能します。そのニューラルデータを使用して、このモデルは、単語と非単語を区別したり、特定の文字が単語の文字列に存在するのかどうか判断したりするなど、多くの正射投影タスクの正確な予測を生成できました。単語と非単語を区別するさい、このモデルの正確さは約70%でした。これは、2012年のヒヒに関する研究で報告された割合とひじょうによく似ています。さらに、このモデルにより作成されたエラーのパターンは、動物によって作成されたものと同様でした。

 また、視覚皮質の一部であるV4である下側頭葉皮質にも供給される、異なる脳領域からの神経活動も記録されました。V4活動パターンを線形分類子モデルに供給した場合、モデルは正射投影処理タスクでのヒトまたはヒヒのパフォーマンスを、下側頭葉皮質と比較して充分に予測できませんでした。この調査結果は、下側頭葉皮質が読書に必要なスキルに転用されるのに特に適していることを示唆しており、読書のメカニズムの一部はオブジェクト認識の高度に進化したメカニズムに基づいている、という仮説を支持しています。今後の計画として、正射投影のタスクを実行するために動物を訓練し、動物がタスクを学ぶにつれてその神経活動がどのように変化するのか、測定することが計画されています。


参考文献:
Rajalingham R. et al.(2020): The inferior temporal cortex is a potential cortical precursor of orthographic processing in untrained monkeys. Nature Communications, 11, 3886.
https://doi.org/10.1038/s41467-020-17714-3

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