石井信 情報学研究科教授らのグループは、国際電気通信基礎技術研究所との共同研究で、迷路ゲームに取り組むときの脳活動から次に見えてくるシーンの予測を読み取ることに成功しました。
行動決定において予測は重要です。例えば、目的地まで移動しようとする際に、人は次に現れるシーンを予測しながら進んでいきます。本研究では、こうしたシーン予測が核磁気共鳴画像（fMRI）による脳活動から読み取れることを見出しました。このことは、予測の脳内メカニズム解明に貢献するだけでなく、脳活動を活用した新たなコミュニケーションツールの開発に繋がることが期待されます。
本研究成果は、英国科学誌「Scientific Reports」誌（電子版）に掲載されました。
研究者からのコメント
本研究では、壁と通路しかないシンプルな迷路を用いました。より複雑なシーンやシーン以外へと対象を広げることで、多様な情報を脳活動から読み取る技術の足がかりになると期待しています。
本研究成果のポイント
- 実験参加者に迷路ゲームに取り組んでもらい、次に見えるシーンを予想しているときの脳活動から予想したシーン（シーン予測）を解読
- 前頭葉内側部、上頭頂小葉は、実験参加者のシーン予測が客観的事実と違っていた場合にはその間違いを反映した応答を示すことが明らかに
- 予測とその間違いを読み取ることに成功した本成果は、言語化困難な情報を脳活動から読み取るコミュニケーションツールの開発などにより、生活の質（QOL）の向上に貢献することに期待
概要
これまでの研究から、どちらの方向に移動しようとしているかは、海馬の場所細胞の活動で表されていることが知られていましたが、まだ見えていない次のシーンの予測についてはよくわかっていませんでした。本研究では、予測を担う脳の領域では、シーンを予測しているときに、予測シーンによって異なる活動パターンを示すと仮定しました。そこで、これまでに空間の認知に重要と考えられてきた脳領域を対象に、予測シーンによって活動パターンに違いがあるかを調べました。
実験参加者に、fMRI装置の中で空間移動を伴うゲームに取り組んでもらい、脳活動を計測しました。結果、海馬を含む脳領域ではなく、脳の前方中央と（前頭葉内側部）と頭頂の上方（上頭頂小葉）に位置する領域でシーン予測に特化して読み取ることができることが示されました。これらの領域では、実験参加者の予測が間違っているとき、迷路構造と合致した正解のシーンではなく、間違ったシーンに対応する脳活動パターンを示していました。このことは、客観的事実とは異なる、主観的な「思い込み」を読み取れたことを示しています。
さらに、脳活動から読み取った予測を迷路上に配置していくことで、実験参加者が記憶している地図の復元を行いました。脳活動から復元された地図は、実験に用いた3種類の地図のいずれでも7割以上のマスで実際の地図と同じ構造でした。読み取った地図は、シーン予測の正答率が高い実験参加者ほど実際の地図に近いものでした。つまり、実験参加者ごとのシーン予測の巧みさは、脳活動パターンのシーン間での違いの程度によって説明できることになります。
迷路ゲーム中の脳活動からシーン予測を読み取る。迷路ゲームは、壁（黒マス）と通路（白マス）からなる。現在位置（灰色三角）からは周辺のマスの状態だけをワイヤーフレーム状のシーンとして見ることができる。移動方向を予告されたのちに、移動後に得られるシーンがどちらかを回答する。この時の脳活動を計測し、統計解析によって予測したシーンを読み取る。読み取れるのは移動後に見えてくる前方の三つのマスの状態である。さまざまな位置での予測を読み取り、重ね合わせることで脳活動から地図を復元する。
詳しい研究内容について
書誌情報
[DOI] http://dx.doi.org/10.1038/srep17648
[KURENAIアクセスURL] http://hdl.handle.net/2433/202079
Yumi Shikauchi & Shin Ishii
"Decoding the view expectation during learned maze navigation from human fronto-parietal network"
Scientific Reports 5, Article number: 17648, Published online: 03 December 2015
- 京都新聞（12月4日 25面）に掲載されました。
