エイとシーザー
あなたの内部経験は、あなただけのものだ。 間違いなく、それが最も自分のものである。 心の目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だ。 では、自分の心の目が操作できると知ったら、どう反応するだろうか？ 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だろう？
紀元1世紀、スクリボニウス・ラルグス（ローマ皇帝クラウディウスの侍医）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った。 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る。
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た。 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った。 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る。
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、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ある。
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失語症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ないが、視覚イメージは人によって千差万別である。 滝を思い浮かべるとき、おそらくあなたの目には楽し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だろう。 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い。 視覚イメージの違い（および視覚イメージの完全な欠如：失語症）についてご存じない方は、こちらの入門書をご覧ください。
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る。 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る。 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。
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るが、なぜこのような違いがあるのかは分かっていない。 視覚過敏症の人の視覚野には、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だろうか？
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るが、電流を頭皮に当てると（あるいはエイに当てると）何が起こるのか、本当のところはまだよく分かっていない。 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ある。 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ないが、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ある。
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く。 (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 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るが、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る。 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る。 興奮性とはどういう意味か？
ポップコーンが入った鍋を想像してほしい（想像しなくてもいい）。 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だ。 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、破裂に近づける。 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するのだ。 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るのだ。 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ない。 電気刺激では、たった1つのニューロンの入力でトリガーがかかるかもしれない。
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ない。 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る。 そして、おそらく驚くことではないが、脳領域の活動が変化すると、奇妙なことが起こり始める。
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くとしよう。 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んだ。 科学者にフォスフェーン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ある。 視覚野に電気を流すと、なぜ星が見えるのか？
ポップコーンを思い出してほしい。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、突然穀粒がはじけるのが見えるだろう。 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、点滅するフォスフェーンが見えるのだ。
研究者たちは、より多くの人々にこのようなフォスフェーン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った。 まるで、フォスフェーンを見る準備ができている人たちがいるかのようだった。 ポップコーンの鍋に話を戻すと、私の鍋はかなり熱く、たくさんの粒が弾けようとしている。 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ない。 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る。
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る。 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た。 彼らの疑問は、心の目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、というものだった。 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か？
そして彼らの発見は、それは絶対にそうだということだった。 心の目が鮮明な人ほど、視覚野の興奮が弱い。 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る。 一方、高幻視症患者は、絵のように完璧な画像を見るが、フォスフェーンを見るには高いレベルの電気を必要とする。
「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、私たちは最初驚きました。
「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見つけたと興奮するようになった。
この結果はエキサイティングで満足のいくものだったが、研究者たちはそれだけでは終わらなかった。 彼らは、フォスフェン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らなかった。 キョウ博士は、「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」と説明した。ですから、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」。
そこで、SFのような内的経験を修正する研究が登場する。
ヒートアップ
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る。 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だ。 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る。 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だ。
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る（あるいは、マイナス端子とプラス端子を入れ替えると、興奮しにくくなる）。 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ある。
このツールを手にすれば、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見ることだけである。 これまでのフォスフェーン測定のデータに基づけば、視覚野をより興奮させれば、より鮮明な映像が見られなくなり、興奮を抑えれば、より鮮明な映像が見られるようになると予想される。
これは簡単なことのように思えるが、もう一つ取り組むべき問題がある。 見えている映像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ないが、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（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る。 このために研究者たちが用いたテストが両眼対抗課題であり、簡単に説明すると次のようなものである：
左目には青い丸を、右目には赤い丸を見せる。 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る。 重なり合った円を見せる前に青い円を見せることで、脳を青い円に着地させ、赤い円ではなく青い円を見る可能性を高めるのだ。 重なり合った円を見せる前に青い円を見せる代わりに、青い円を思い浮かべてもらうだけでも、赤い円ではなく青い円に着地するように促される。 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だ。 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る。
両眼対抗課題については、こちらの要約をご覧いただきたいが、この記事のために知っておいていただきたいのは、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だ。
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ある。 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ある。 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、両眼視対抗課題で鮮明度をテストした。 研究者たちが発見したことは以下の通りである：
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だ。 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ないが、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だ。
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だ。 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る。 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、それが両眼視対抗課題の違いを引き起こした可能性さえある。 しかし、両眼視対抗課題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目の変化を経験していたことが示唆される。
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ポットに戻ろう。 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しい。 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つつくのだ。
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仕事をしたいのか、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仕事をしたいのか。 あるカーネルが破裂すると、他のカーネルも破裂する可能性が高いことを覚えておいてほしい。 では、どの鉢があなたの傑作を輝かせ、どの鉢がぼんやりとしたはっきりしない作品にしてしまうのだろうか？ 願わくば、冷たくて興奮しない鍋を選んでほしい。 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だ。
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る。 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る。
この抽選は誰が行っているのですか？ あなたの脳の中に実験的な芸術家がいて、ニューロンをつついて視覚野に絵を描いているのだろうか？ ある意味、前頭前皮質がある。 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」と考えていいだろう。
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）前頭前皮質に到達する。 前頭前皮質が視覚野に直接信号を送るのだ。
つまり視覚化とは、ポップコーンの実にイメージを描きたいという衝動に駆られることなのだ。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皮質が活性化し、その後視覚野のニューロンが発火することを示している。
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ったが、前頭前野の関与についてはどうなのだろうか？ 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だろうか？
以前と同じようなセットアップを使って、研究者たちは（視覚野ではなく）前頭前皮質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る。
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った。 トウモロコシの実（あるいは視覚野）の興奮が悪い芸術作品になるのに対し、芸術家（前頭前皮質）の興奮は見事な芸術作品につながる。 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、トウモロコシの実に絵をより正確に描けるようにしているように考えることができる。 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、画家の道具が冷たすぎて、鮮明な絵が描けなくなる。
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、逆に幻視症の人は、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、ということになる。
多くの読者、特に失語症の人は、「電気刺激でイメージができるのですか？ 私の前頭前野を興奮させ、視覚野を抑制すれば、私の心の目は初めて見ることができるだろうか？
答えは残念ながら「わからない」である。 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、特に失語症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ない。 電気刺激によって、中途半端な視覚イメージの人の鮮明さが増すのであれば、幻視症の人にイメージが見えるようになる可能性は確かにある。 しかし、幻覚症の原因が、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、電気電池や磁石やエイをいくら使っても、盲目の人の心の目を開くことはできないことを示唆している。
視覚化と失語症については、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だが、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だ。 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るが、心の目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」のである。
つまり、スクリボニウスは頭痛薬を探していただけなのだが、彼は自分以外の心の目を操った最初の人間だったのかもしれない。 そして、彼らは知る由もなかったが、彼の患者たちは、私たち（いや、私たち全員ではないが）がどのように、そしてなぜ画像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ある。
視覚化について、また幻覚を引き起こす脳内メカニズムについては、まだまだ解明されていないことが多いが、その大部分は視覚野と前頭前皮質がどれだけ興奮状態にあるかに関係しているようだ。 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、まだわかっていない。 エイを近くに置いておくのが一番だ。
