エイとローマ皇帝クラウディウス
あなたの内部経験は、あなただけのものです。 間違いなく、それは最も自分のものです。 心の眼で見たものを正確に知っているのは自分だけであり、自分の内面を知ることができるのも自分だけです。 では、自分の心の眼が操作できると知ったら、どう反応するでしょうか? さらに奇妙なことに、ローマ帝国時代の頭痛薬からこの物語が始まるとしたらどうでしょうか?
紀元1世紀、スクリボニウス・ラルガス(ローマ皇帝クラウディウスの王室の医師)は、頭痛の治療法を思いがけないもの、すなわち電気光線に見出しました。 この奇妙な衝撃を与える魚を患者の頭皮に置くことで、スクリボニウスは脳に電気を流した最初の人物として知られるようになりました。 スクリボニウスは頭痛を和らげることだけを考えていましたが、知らず知らずのうちに、多くの洞察につながる技術の初期のパイオニアになっていました。その中には、人間がどのように視覚化するのか、なぜ視覚イメージの鮮明さが人によって異なるのかについての最近の洞察も含まれています。

何世紀にもわたって、脳への電気刺激はスクリボニウスの電気魚から、17世紀の手回し発電機、そして最終的には近代的で科学的に検証された技術へと移り変わってきました。 この探査の多くは治療のためでしたー結局のところ、痛みを和らげるためでなければ、どうやって奇妙な電気魚を頭にかざすよう説得するのでしょうか。
しかし、近年、脳の電気刺激は神経科学者の道具箱の重要な一部となり、研究者は頭蓋骨を開けることなく脳の一部を操作できるようになりました。 電気刺激は、うつ病、てんかん、アルツハイマー病、統合失調症の治療に用いられており、記憶と注意に関する多くの研究にも用いられています。
しかし、私たちにとって最も興味深いのは、2020年に行われた研究です。研究者たちは電気刺激を使って人々の視覚イメージの鮮明さを調整しました。 その結果は、私たちがどのように視覚化し、なぜ異なる視覚化をするのかという理論を裏付けるものです。
電気刺激がどのように作用するのか、なぜ視覚イメージとアファンタジアを理解するための素晴らしいツールであることが証明されたのかを見る前に、視覚イメージの鮮明さのレベルが異なることの意味をよりよく理解するために、一歩引いて考えてみましょう。
滝を追う
あまり語られることはありませんが、視覚イメージは人によって千差万別です。 滝を思い浮かべるとき、おそらくあなたの心の眼には心地よいがぼんやりとしたイメージが映り、友人には絵に描いたような完璧な滝が映るでしょう あるいは私のように、人口の3%のうちの1人で、まったく何も見ていないかもしれなません。 視覚イメージの違い(および視覚イメージの完全な欠如:アファンタジア)についてご存じない方は、こちらの概要をご覧ください。

ここ数年、研究者たちは、視覚的イメージが人によってどれほど異なるかを理解し始めています。 アファンタジアという言葉は2015年に作られたもので、この分野がいかに新しいかを物語っています。 視覚化とは何なのか、なぜ人によって体験が違うのか、その違いは脳のどこにあるのかなど、多くの質問に答える必要があります。
これまでの研究で、イメージの鮮明さと視覚野(目がつながっている脳の領域)の脳活動の間に関係があることが分かっていますが、なぜこのような違いがあるのかは分かっていません。 ハイパーファンタジアの人の視覚野には、透き通った滝を思い浮かべることができる何かがあるのでしょうか?
私たちが視覚化するときに脳の中で何が起こっているのか、なぜある脳は他の脳より鮮明なイメージを作り出せるのか、その理由を知るために、研究者たちはスクリボニウスの本を参考に、人々の脳のさまざまな部分に電気刺激を与え、それが視覚化にどのような影響を与えるかを調べました。
あなたや私はスクリボニウスが理解したよりもはるかに電気を理解していますが、電流を頭皮に当てると(あるいはエイを当てると)何が起こるのか、本当のところはまだよく分かっていません。 ひとつの大きなブレークスルーは、脳の細胞であるニューロンが電気を通じてコミュニケーションをとっており、頭皮を通じて脳に電気を流すことでこのコミュニケーションに影響を与えることができるという知識です。 電気刺激は、脳をコントロールする魔法のような技術のように思えるかもしれませんが、電気刺激がニューロンを標的にする精度を理解することが重要です。
スクリボニウスが患者の額に電気魚を当てたのと同じように、電気刺激を使う研究者たちは、電気を脳に送り込むために、電気を帯びたパッドや磁石を頭に置きます。 (なお、研究者は電気を起こすためにバッテリーを使うこともあり(経頭蓋直流 電気刺激、tDCSと呼ばれる)、強力な電磁石を使うこともある(経頭蓋 磁気 刺激、TMSと呼ばれる)。
神経科学者は脳を開いて個々のニューロンを直接刺激することができますが、これは複雑で危険であり、外科医が医療処置のためにすでに頭蓋骨を開く必要がある場合にのみ行われます。 非侵襲的な電気刺激法は、開いた脳に直接電気を流すのではなく、頭皮に電気を流すもので、個々のニューロンを発火させるのではなく、対象となるニューロンの興奮性を高めます。 興奮性とはどういう意味でしょうか?

(必要に応じて想像せずに)ポップコーンが入った鍋を想像してみてください。 カーネルのひとつひとつが視覚野のニューロンだとすれば、脳の公開手術は、鍋の蓋を取って特定のカーネルをつついて弾けさせるようなものです。 非侵襲的電気刺激では、鍋の蓋をしたままコンロのバーナーを強め、特定の穀粒を破裂させるのではなく、各穀粒の温度を上昇させ、破裂に近づけます。 特定のカーネルが弾けるようにするのではなく、どのカーネルも弾けやすくします。 脳では、特定のニューロンを発火させるのではなく、それぞれのニューロンを発火に近づけます。 このように興奮性が高まらなければ、あるニューロンが発火するのは、他の複数のニューロンが同時に引き金を引いた場合だけかもしれません。 電気刺激では、たった1つのニューロンの入力だけで発火するかもしれません。
このように、(頭蓋骨を開けずに)電気刺激を与えることは、個々のニューロンを標的にした正確な実践ではありません。 しかし、脳の領域全体の興奮性を変化させることで、ニューロンは互いにもっとおしゃべりを始め、その領域の活動を変化させます。 そして、おそらく驚くことではありませんが、脳領域の活動が変化すると、奇妙なことが起こり始めます。
星を見る
私の電磁石をあなたの後頭部の、目がつながっていて視覚が処理される脳の部分(これが視覚野)に一番近いところに置いたとしましょう。 この部分に電気を流すことで、頭をぶつけたり、急に立ち上がったり、目を強くこすったりしたときのように、星を見ることができるのです。 科学者には閃光として知られているこれらの星は、適切な視覚入力がないにもかかわらずニューロンが発火した結果です。 視覚野に電気を流すと、なぜ星が見えるのですか?

ポップコーンを思い出してください。バーナーを一瞬強火にすると、破裂寸前だった穀粒が火を噴き、突然穀粒が弾けるのが見えるでしょう。 視覚野に大量の電気を流すのも同じ考えで、ある数のニューロンが突然発火し、その結果、点滅する閃光が見えるのです。
研究者たちは、より多くの人々にこのような閃光を誘発するにつれて、閃光を見るために必要な電気が他の人よりも多い人と少ない人がいることを理解するようになりました。 まるで、閃光を見る準備ができている人たちがいるかのようでした。 ポップコーンの鍋に話を戻すと、これはまるで、私の鍋がかなり熱く、今にも弾けそうな粒がたくさんあるのに対し、あなたの鍋は弱火で、まだ弾けそうにないかのようです。 バーナーを一瞬強火にして各鍋に破裂音を起こそうとすれば、あなたの鍋の下の火力を上げなければならないかもしれませんが、私の鍋の場合はほんの少しの火力で同じ効果が得られるかもしれません。 つまり、科学者は私の脳にほんの少し電気を流すだけで、私に星を見せることができます。
このことを念頭に置いて、研究者たちは、光のショーを引き起こす前にどれだけの電気を送り込む必要があるかを見ることによって、その人の視覚野がどれだけ「興奮」しているかを測定することができます。 そこで科学者たちは、視覚イメージのレベルが大きく異なる人々の脳にどのような違いがあるのかを調べるために、この方法を用いて、イメージの鮮明さのレベルが異なる人々の視覚ニューロンの興奮性を測定しました。 彼らの疑問は、心の眼に鮮明な視覚イメージを描き出す能力は、その人の視覚ニューロンの発火の準備と能力に関係があるのだろうか、ということでした。 視覚野の興奮性は、視覚イメージの鮮明さと関係があるのでしょうか?

そして彼らの発見は、それは絶対にそうだということです。 心の眼が鮮明な人ほど、視覚野は興奮しにくくなります。 もし私があなたの後頭部にほんの少し電気を流し、明るい閃光を見ることができたら、あなたは視覚化する能力が弱い可能性があります。 一方、ハイパーファンタジアの人は、絵のように完璧な画像を見ますが、閃光を見るには高いレベルの電気を必要とします。
「皮質の興奮性がイメージの強さと負の相関があることを発見したとき、私たちは最初は驚きました。」と主任研究者のレベッカ・キオは私に言いました。
「しかし、他のすべての実験が同じ傾向を示し始めたので、私たちはイメージ能力の個人差を説明する潜在的な基礎メカニズムを発見したことに興奮するようになりました。」
この結果はエキサイティングで満足のいくものでしたが、研究者たちはそれだけでは終わりませんでした。 彼らは、閃光の閾値がその人のイメージの鮮明度を予測できることを示しましたが、興奮しやすい視覚野が鮮明度の低さを引き起こすかどうかはわかりませんでした。 キオ博士は、「イメージ力が強い人ほど興奮しにくい皮質を持つ傾向があるかもしれませんが、それはイメージ力との因果関係はありません。そのため、皮質の興奮性が本当にイメージ能力の個人差に関与しているのかどうかを確かめるためには、皮質の興奮性を変化させるとイメージの強さも同様に変化することを示す必要があったのです。」と説明しました。
そこで、SFのような内的経験を修正する研究が登場しました。
熱を上げる
私たちは、研究者が電気を使って視覚野の興奮性を測定する方法を見てきました。 その衝撃が小さければ小さいほど、大脳皮質は興奮しやすくなります。 この強力だが短時間の電気ショックは電磁石(TMS)によって引き起こされ、バーナーを一瞬だけ強火にするようなものです。 しかし、神経科学者は、磁石の代わりに電池を使い、弱いながらも一定の電流を流す(tDCS)という、少し変わった電気刺激を使うこともできます。 これはバーナーの温度を少し上げて、そのままにしておくようなものです。
研究者がtDCSを使って少量の電気を持続的に流すと、脳のある領域がより興奮しやすくなったり 、負の端子と正の端子を入れ替えると興奮しにくくなったりします(バーナーを下げるなど) 。 ここでの違いは、研究者が興奮性を測定できるような短時間の効果ではなく、この電気刺激は、研究者が脳の一部の興奮性を一時的に変更できるほど長くその効果を維持することです。
このツールを手にして研究者がしなければならないのは、ある人の視覚野の興奮度を調整し、それによってその人の視覚がより鮮明になるか、より鮮明にならないかを確認することだけです。 これまでの閃光測定のデータに基づけば、視覚野をより興奮させれば、より鮮明なイメージが見られなくなり、興奮を抑えれば、より鮮明なイメージが見られるようになると予想されます。
これは簡単なことのように思えますが、もう一つ取り組むべき問題があります。 見えているイメージが以前より鮮明になった、あるいは鮮明でなくなったと感じるかもしれませんが、それがどのように変化しているのかを確かめるのは難しい場合があります(特に変化が微妙な場合)。
幸いなことに、主観的なフィードバックに頼ることなく、視覚イメージの鮮やかさを測定する方法があります。 このために研究者たちが用いたテストが両眼視野闘争であり、簡単に説明すると次のようなものです:
左目には青い円を、右目には赤い円を見せます。 これらのイメージは完全に重なり合っているため、一度に両方を見ることはできず、脳はどちらを見るか選ぶ必要があります。 重なり合う円を見せる前に青い円を見せることで、脳を青い円に誘導し、赤い円ではなく青い円を見る可能性を高めます。 重なり合った円を見せる前に青い円を見せ、青い円を思い浮かべるように指示するだけでも、あなたは赤い円ではなく青い円を思い浮かべるようになります。 重要なのは、視覚的イメージが鮮明であればあるほど、このプライミング効果が強くなるということです。 このように、青い円を何度もイメージしてもらい、重なり合った円を見せて、どの円に見えたかを尋ねることで、あなたのイメージの鮮明さを客観的に測ることができます。

両眼視野闘争については、こちらの要約をご覧ください。この記事のために知っておく必要があるのは、イメージの鮮明さを測る客観的な方法があるということです。
つまり、視覚野の興奮度を調整するツールと、イメージの鮮明さを客観的に測定するツールです。 つまり、視覚野の興奮性がイメージの鮮明さに関係しているのかどうかということです。 研究者たちは、60人を電気刺激につなぎ、視覚野の興奮性を増減させ、両眼視視野闘争で鮮明度をテストしました。 研究者たちが発見したことは以下の通りです:

驚くべきことに、視覚野の興奮度を変えることによって、参加者の視覚の内的経験を変えることができたのです。 視覚化は自分一人でコントロールできるものだと考えているかもしれませんが、この研究者たちはスイッチを切り替えることで、イメージの鮮明さを変えることができるのです。
注意しなければならないのは、この鮮明さの変化は昼と夜ではないということです。 参加者たちは、電気刺激を体験したときのイメージに明らかな変化はなかったと報告しています。 視覚の鮮明さが変化したのではなく、入ってくる電気が脳に何らかの変化を引き起こし、それが両眼視野闘争の違いを引き起こした可能性さえあります。 しかし、両眼視野闘争の変化がイメージの鮮明さの変化と一致していることを示す研究は数多くあり、この参加者は本当に心の眼の変化を経験していたことが示唆されます。
研究者たちは確かな研究を行い、おそらく視覚野が興奮しやすいと鮮明なイメージは少なくなり、その逆もまた然りであることを示しました。 なぜそうなるのか、そしてそれは私たちの視覚化にとって何を意味するのでしょうか?

ポップコーン・アーティスト
視覚野のニューロンを表すポップコーンの鍋に戻りましょう。 非常に興奮した視覚野は、今にも弾け飛びそうな穀粒の入った熱い鍋のようなものだということを覚えておいてほください。 今度は、あなたがポップコーンの壺の中にしか絵を描かない実験的な芸術家だと仮定して、ポップコーンの中にモナリザが現れるまで、熱い火かき棒であの粒この粒を突くようにします。
これがあなたの目標だとしたら、今にも弾けそうな熱々の穀粒が入った鍋で作品を作りたいですか?それともあまり何も入っていない、ひんやりと静まり返った鍋で作品を作りたいですか? ある粒が破裂すると、他の粒も破裂する可能性が高いことに注意してください。 では、どの鍋があなたの傑作を輝かせ、どの鍋がぼんやりとしたはっきりしない作品にしてしまうでしょうか? できれば、冷たくて興奮しない鍋を選んで欲しいです。 軽く触れただけで弾けてしまうポップコーンの熱々の鍋の中で絵を描くのは不可能です。
熱く興奮した鍋がよりぼんやりとしたイメージにつながるのと同じ理由で、視覚野がより興奮すると、鮮明なイメージが描けなくなります(ノイズが多すぎて鮮明な画像を描くことができないのです)。 しかし、視覚野の興奮が低いほど、鮮明な絵を描くことができます。
誰がこの絵を描いていますか? あなたの脳の中に実験的な芸術家がいて、ニューロンを突いて視覚野に絵を描いているのでしょうか? ある意味では、あなたの前頭前野です。 目のすぐ後ろにある脳のこの部分は、正常な視覚を得るための「終着駅」と考えることができます。
モナリザを見るとき、その絵はまず目に入り、脳の奥にある視覚野に送られ、(非常に複雑な経路をいくつか経由して)前頭前野に到達します。 前頭前皮質が視覚野に直接信号を送るのです。
つまり視覚化とは、ポップコーンアーティストが粒にイメージを描きたいという衝動に駆られることなのです。脳画像研究はこの例えを支持しており、イメージを視覚化すると前頭前野が活性化し、続いて視覚野のニューロンが発火することを示しています。

視覚野に電気刺激を与えると、なぜ鮮明なイメージが増えたり減ったりするのかはわかりましたが、前頭前野の関与については何が言えるのでしょうか? 実験的なポップコーン・アーティストの技術を向上させるために、電気を使うことはできるのでしょうか?
以前と同様の設定を使用して、研究者たちは(視覚野ではなく)前頭前野への電気刺激が視覚イメージをどのように変化させるかを示すことができます。

視覚野とは逆に、前頭前野の興奮度を高めると、より鮮明なイメージが浮かび、逆に興奮度を下げると、よりぼんやりとしたイメージになることがわかりました。 トウモロコシの粒(あるいは視覚野)の興奮性は、より悪い芸術作品になるのに対し、芸術家(前頭前野)の興奮性は見事な芸術作品につながります。 脳の前面に電気を流し、前頭前野を興奮させることで、あたかも芸術家に暖かい火かき棒ではなく、とても熱い火かき棒を与え、トウモロコシの粒に絵をより正確に描けるようにしていると考えることができます。 その代わり、前頭前野の興奮性を低下させるように電気刺激を変えると、アーティストの道具が冷たすぎて、鮮明な絵が描けなくなります。
この理論を要約すると、非常に鮮明なイメージを持つ人は、前頭前野が非常に興奮しやすいか、視覚野が興奮しにくいか、あるいはその両方であり、逆にアファンタジアの人は、前頭前野があまり興奮しないか、視覚野が興奮しやすいか、あるいはその両方である、ということになります。

多くの読者、特にアファンタジアの人は、「電気刺激でイメージができるのですか? 」と尋ねます。 私の前頭前野を興奮させ、視覚野を抑制すれば、私の心の眼はその時初めて見えるようになりますか?
答えは残念ながら「わからない」です。 この研究は、さまざまなイメージの鮮明さを持つ人々を対象としており、特にアファンタジアの人を募集したわけではないので、視覚イメージのない人が突然イメージを経験するかどうかについては言及できません。 電気刺激によって、中程度の視覚イメージをもつ人の鮮明さが増すのであれば、アファンタジアの人にイメージが見えるようになる可能性は確かにあります。 しかし、アファンタジアの原因が、これらの脳領域の興奮性を超えた脳の根本的な違いにある可能性も十分にあり、電池や磁石、エイをいくら使っても、盲目の人の心の眼を開くことはできないことを示唆しています。
視覚化とアファンタジアについては、まだまだ解明すべきことが多く、イメージの鮮明さは、単に前頭前野と視覚野の相互作用というだけでなく、もっと複雑なものであることは確かですが、今回の研究は、イメージについて大きな洞察を与えてくれました。 これまで見てきたように、研究者が電気刺激を使って視覚野や前頭前野の興奮性を変化させると、体験するイメージの鮮明さが調整されるように見えます。 視覚は目から入ってきたイメージを視覚野から前頭前野に伝えますが、心の眼は前頭前野から視覚野に内部イメージを伝えることによって「見る」ということになります。
つまり、スクリボニウスは頭痛薬を探していただけなのですが、彼は自分以外の心の眼を操った最初の人間だったのかもしれません。 そして、彼らは知る由もありませんでしたが、彼の患者たちは、私たち(いや、私たち全員ではありませんが)がどのように、そしてなぜイメージを視覚化するのかをより深く理解する道を切り開いていたのです。
視覚化とアファンタジアにつながる脳内メカニズムについて学ぶべきことはたくさんあり、まだまだ解明されていないことが多いですが、その大部分は視覚野と前頭前野がどれだけ興奮状態にあるかに関係しているようです。 なぜこのような違いが存在するのか、そしてそれがどのように鮮明なイメージや非鮮明なイメージにつながるのかは、まだわかりません。 エイを近くに置いておくのが一番です。