脳：植物状態でも意識
【ケープカナベラル（米フロリダ州）共同】植物状態の患者に特定の動作をするよう話しかけ、脳の活動領域を画像化する装置（ｆＭＲＩ）で調べたところ、意識があることを示す反応が見られたとの研究結果を、英国の脳科学者が８日付米科学誌サイエンスに発表した。
この患者は、交通事故で植物状態となり５カ月が経過した２３歳の女性。日中は目を開けるものの外部からの働き掛けに反応せず、国際基準で植物状態と診断された。
この女性に「テニスをしているところを想像してください」と指示したところ、運動をつかさどる領域が活性化。また、「自宅のすべての部屋を訪れてください」と指示すると、空間の感覚や記憶をつかさどる領域が活性化し、健康な人と同じ反応を示した。複雑な動作についての反応が健康な人と一致するのは意識があることを示す証拠だとしている。
研究をまとめた英医学研究審議会のエイドリアン・オーエン研究員は「植物状態にはいろいろな脳の損傷の仕方があり、この一例ですべての患者に意識があるとすることはできない」と話している。
毎日新聞 2006年9月13日 東京朝刊
脳：視覚剥奪による皮質内抑制の増強
Nature 443, 81-84(7 September 2006)
Arianna Maffei, Kiran Nataraj, Sacha B. Nelson and Gina G. Turrigiano
知覚皮質における回路の微調整には、初期臨界期中の知覚経験が必要である。この臨界期中に視覚が剥奪されると、視覚機能に非常に大きな影響が表れ、遮蔽された側の目からの視覚刺激応答性が失われたり、視覚の精度が低下したり、多くの刺激特徴への感度合わせができなくなったりする。これらの変化は、視床から皮質への軸索の再編成よりも速く起こるが、その原因となる皮質内の可塑性機構は十分にわかっていない。皮質内興奮性シナプスの長期抑圧が、視覚剥奪後の皮質応答性喪失の一般的な機構候補として提案されてきた。あるいは（もしくはそれに加えて）、遮蔽された目の皮質ニューロン活性化能が低下するのは、皮質内の抑制が強まるためとも考えられる。今回我々は、視覚剥奪は皮質第4層（皮質で最初に入力を受ける層）内の興奮性結合には影響を及ぼさないが、高速発火籠細胞（FS細胞）と星状錐体細胞（星錐細胞）との間の抑制性フィードバックを顕著に強めることを示す。さらに、これまで報告されていない型の抑制の長期増強（LTPi）が、FS細胞から星錐細胞へのシナプスで起こること、そしてあらかじめ視覚剥奪しておくと、それが起こらないこともわかった。これらの知見は、抑制の増強が、剥奪による視覚機能低下の主な細胞機構であること、および、この型のLTPiが視覚経験に応じた皮質回路の微調整に重要であることを示唆している。
脳：頭頂葉皮質における視覚カテゴリーの経験依存的な表現
Nature 443, 85-88(7 September 2006)
David J. Freedman and John A. Assad
カテゴリー化とは、脳が知覚刺激に意味を与えるプロセスである。ヒトは経験を通じて、刺激を「いす」「テーブル」「乗り物」などのカテゴリーに分類することを学習するが、これは行動反応をすばやく適切に選択するうえで重要である。視覚刺激の単純な特徴（例えば方位、運動方向、色など）の神経表現については、既にかなり解明されているが、それに比べて、脳が刺激の意味をどのようにして学習し符号化するかについては、ほとんどわかっていない。我々は、サルに視覚対象の360度方向の運動を2つのカテゴリーに分類することを学習させて、外側頭頂皮質（LIP）と中側頭皮質（MT）という、相互に連絡して視対象の運動の情報処理にかかわることが知られている２つの脳領野の神経活動を比較した。本論文では、視覚空間的注意や運動企画、意思決定に中心的役割をもつことが知られているLIPのニューロンが、学習の結果として、運動方向のカテゴリーを確実に反映するようになることを示す。LIPニューロンの活動は、運動方向をカテゴリーの構成要素に従って符号化し、その符号化は、サルに同じ複数の刺激を別の新しい２つのカテゴリーにグループ化するよう再学習させると変化した。対照的に、MT野のニューロンは強い方向選択性をもつが、明白なカテゴリー情報を皆無ではないにしても、ほとんど担っていなかった。この知見は、 LIPが視覚運動の方向選択性を、刺激の行動への関連性ないし意味を符号化した、さらに抽象的な表現に変換するための重要な関係部位であることを示している。
脳：ヒトの報酬追求行動はドーパミン依存的予測誤差に支えられている
Nature 442, 1042-1045(31 August 2006)
Dopamine-dependent prediction errors underpin reward-seeking behaviour in humans
Mathias Pessiglione, Ben Seymour, Guillaume Flandin, Raymond J. Dolan and Chris D. Frith
道具的学習の理論の焦点は、成功と失敗の経験によってその後の意思決定がどのように改善されるかを知ることにある。これらの理論では、とりうる行動に付随する価値を更新するうえで、報酬の予測誤差が中心的役割を果たすことが強調されている。動物では、この型の学習において、神経伝達物質であるドーパミンが皮質-線条体のシナプス伝達効率を調節する能力を介して重要な機能を果たしている可能性を示す重要な証拠が得られている。しかしヒトでは、ドーパミンと線条体神経活動と行動選択とを関連づける直接的な証拠はまだ得られていない。本論文では、道具的学習の際、線条体活動に表現される報酬予測誤差の大きさが、ドーパミン作動性機能を増進させる薬物（3,4-ジヒドロキシ-L-フェニルアラニン；L-ドーパ）、または低下させる薬物（ハロペリドール）の投与によって変化することを示す。その結果、L-ドーパを投与された被験者は、ハロペリドールを投与された被験者に比べて、報酬が最大となる行動を選ぶ傾向が強くなる。さらに、予測誤差の大きさを標準的な行動-価値学習アルゴリズムに組み込むことで、さまざまな投薬条件下での被験者の行動選択を、正確に再現することができた。したがって我々は、ヒト脳が報酬予測誤差を用いてその後の行動を改善する仕組みは、線条体活動のドーパミン依存的な調節によって説明づけることができると考える。
子どもの音楽知識
http://scienceblogs.com/cognitivedaily/2006/08/what_kids_know_about_music.php#more
Just by listening to music, we can learn a lot about its structures and conventions. For example, even you have no musical training, you can tell that something is wrong with this scale (it's followed by a proper C-major scale):
But we learn a lot more than just standard scales when we listen to music. When you're exposed to a particular type of music for many years, you learn much more. Consider the following sequence of chords:
Anyone who's been raised listening to Western music should recognize this sequence as an appropriate musical phrase (if you don't read music, don't worry -- I'll play it for you in a moment).
But change just one of the chords, and now something seems "off." You might not be able to identify the third chord in this sequence as a Neapolitan, but you'll know that doesn't sound right when you hear it:
Even worse is when the final chord is changed, as in this sequence:
Now listen to this clip where all three sequences in a row are played:
But surely we aren't born with such sophisticated musical knowledge. When, exactly, is it acquired? A team led by Stefan Koelsh had adults listen to dozens chord sequences like these and monitored their electric brain responses. They found a different response when Neapolitan chords were played compared to the expected, in-key chord.
In a new study, they tested 5- and 9-year-olds using the same apparatus. The children were told to press a button when the chords were played by instruments other than a piano (this occurred about 8 percent of the time). The researchers weren't interested in the other instruments; this was just to make sure the kids were listening. They analyzed the rest of the data and found the following results:
This graph shows the electrical response of a 5-year-old while the final chord was played. The dotted line is the response when the chord was in key, and the solid line is the response to a Neapolitan chord. The two arrows show where the response is different, starting at around 200 milliseconds after the onset of the chord. Both 5- and 9-year-olds show responses similar to those of adults. However, if the third chord was changed, as in the second sequence played above, the results were different:
Now there is no difference between the in-key chord and the Neapolitan. This differed from the previous results with adults, who, even with no musical training, showed a similar (though smaller) response to a Neapolitan in the third position. Even 9-year-olds show the same results as 5-year-olds. So though children as young as 5 clearly have a sophisticated cognitive mechanism for understanding music, as late as 9, they still haven't developed a complete adult understanding of music.
Koelsch et al. note that language development follows a similar pattern: up to the age of 9, children can learn languages rapidly and recover quickly from disorders such as aphasia. After 9 years, both processes become more difficult. The team argues that this is evidence for a common system for processing both language and music.
Update: Since we're seeing different accounts about whether people can hear what's "wrong" with the clip, I created a poll to find out what portion of our readers can hear the Neapolitans. The poll refers to the second clip above (the chords, not the scales).
[出典]
Koelsch, S., Grossmann, T., Gunter, T.C., Hahne, A., Schröger, & Friederici, A.D. (2003). Children processing music: Electric brain responses reveal musical competence and gender differences. Journal of Cognitive Neuroscience, 15(5), 683-693.
雑音を無視する
Nature Neuroscience July, 2006
雑音を無視する
無意味な音を聞かされ続けると、脳はその音を無視して他の聴覚刺激のほうを選ぶことがNature Neuroscience誌7月号に報告されている。これは驚くべき発見である。以前の研究では、ある音を聞かされると脳はその音に対する反応が高まることが示されていたからだ。
性徴期のネコに一定の範囲内で周波数の変わる音を無作為に連続して聞かせ、ネコの聴覚皮質の周波数別の神経応答を調べた。約5か月間にわたって1日24 時間音を聞かされたネコは、聞かされた音刺激の範囲内にある周波数に対し、聴覚皮質の神経細胞応答が弱いことがわかった。対照的に他の周波数に対する応答は高まっていた。この結果は刺激に過度にさらされると、それに対する脳内の再現作用が損なわれることを示唆する。
この例の聴覚刺激はネコにとってまったく無意味であり、おそらく無視されたのだろう。行動に関連する刺激を過剰に受けたときに何が起こるかは、まだ明らかでない。
育児で育つ父親の神経回路？ 米プリンストン大
asahi.comサイエンスニュース
2006年08月21日
「父性」を支える神経回路は、子育てを通じて育まれていく？――。あくまでも霊長類マーモセットの話だが、育児に直面した雄は、神経細胞の構造が変わっていくことを米プリンストン大グループが見つけ、２１日付米専門誌ネイチャー・ニューロサイエンスのオンライン版で発表する。
マーモセットは、雄が育児をすることで知られている。赤ちゃんを背負うなど積極的に育児をし、特に生後１カ月は、雄が生活の７割以上の時間を赤ちゃんと過ごす。
グループは、育児中の雄と、そうではない雄の脳の領域を比べた。子育て中の雄は、バソプレシンという物質を受けとめるたんぱく質が増えていた。バソプレシンは、「きずな」「情愛」などとかかわりが深い信号を伝える働きがあり、例えばネズミの脳でこのたんぱく質を増やすと、１匹の雌を好み、他の雄を攻撃するようになったという報告がある。マーモセットの観察では、たんぱく質は、子の月数が少ない雄ほど多かった。
さらに、神経細胞の細胞同士がつながる構造も、密度が高くなる変化が生じることがわかった。父と子のきずなが強まると、子育てにふさわしいきめ細かな神経回路ができていく可能性があることを示しているという。
