感覚の符号化と記憶の検索はヒト脳における伝播波と協調している

なぜ心のさまよいは欠点ではなく利点かもしれないのか

数秒ごとに、あなたの注意は移ろいます：一瞬は周囲の光景や音に注意を向けていても、次の瞬間には記憶を再生したり翌日の計画を立てたりしている。この研究は、そうした精神の切り替えが単なる空想ではなく、脳全体に渡ってゆっくりと波のように進行するパターンによって駆動されていることを示唆する。これらの波は、外界から新しい情報を最もよく取り込める時期と、記憶から情報を取り出すのに最適な時期を調整しているように見える。

休息中の脳におけるゆっくりとした潮流

目を開けてじっと座っているときでさえ、脳の活動は穏やかに上昇と下降を繰り返す。大規模な被験者データを用いた脳イメージング解析により、これらの起伏はランダムなちらつきではないことが示された。代わりに、触覚・運動・視覚を扱う領域で発生し、やがて“デフォルトモード”ネットワークとして知られる内向きのより深い領域へと伝播する波を形成している。マウスの個々の神経細胞レベルでも類似の波が観察されており、これは哺乳類の脳に共通する基本的な作動リズムであることを示唆している。

脳波、覚醒、瞳孔を結びつける

これらの波が何をしているのかを理解するため、研究チームは瞬時の覚醒状態を示す便利な指標として瞳孔サイズの微小な変化を追跡した。マウスとヒトの両方で、短時間の瞳孔拡張は脳全体に及ぶ大きなイベントと一致した。マウスではそれらのイベントは「スパイキング・カスケード」という形を取り、記録されたほとんどのニューロンが順番に発火する波のように現れた。ヒトでは、感覚運動領域からデフォルトモードネットワークや関連する深部構造へとゆっくりと伝播するfMRI波として現れた。この共通のタイミングは、共通の覚醒システムがこれらの大域的な脳リズムの刻みを設定している可能性を示している。

脳スキャンから思考を読み取る

次に研究者たちは、これらの波が我々の視覚情報の符号化の精度に影響を与えるかどうかを調べた。被験者がMRIスキャナー内で数千枚の自然画像を視覧した大規模データセットを用い、最新の人工知能モデルを使って、各人の脳反応から画像のテキストキャプションを生成するデコーダーを訓練した。デコードされたキャプションが実際のキャプションとよく一致した試行は、その被験者の脳が画像の意味を正確に捉えたサインとみなした。

見るのに適した時は記憶は待ち、逆もまた同様

実験では各画像が3回提示されたため、研究チームはその画像が最初にどれだけうまく符号化されたかと、後にどれだけ認識されたかの両方を測定できた。これらの能力は各ゆっくりとした波の位相に沿って上がったり下がったりした。波が外側の感覚運動領域が最も活性化している位相にあるとき、デコーダーの成績は最良となり、人は新しい画像の持続的な記憶を形成しやすかった。同じ波の後半では、デフォルトモードや海馬を含む記憶関連領域が最も活性化し、被験者は以前に見た画像をよりよく認識できるようになったが、新規画像の符号化は弱まった。マウスでの対応する解析でも、強い感覚符号化と記憶再生に関連するイベントの間で同様の交互作用が示された。

経験の取り込みと再生のための共有リズム

専門外の読者にとっての主要なメッセージは、脳はゆっくりとした内部の時計で動いており、数秒ごとに二つの補完的なモードの間で切り替わっているように見えるということだ：一方は外界を取り込むことに最適化され、もう一方は蓄えられた記憶を引き出すことに調整されている。これらの切り替えは外向きの領域から内向きの領域へ波として伝播し、覚醒の微妙な変化と結びついている。超低周波のこのリズムは思考の妨げとなるのではなく、現在から学ぶことと過去を再訪することのバランスを脳が保つのを助けている可能性があり、このバランスは日常の注意、学習、睡眠、さらには記憶障害にまで影響を与え得る。

引用: Yang, Y., Leopold, D.A., Duyn, J.H. et al. Sensory encoding and memory retrieval are coordinated with propagating waves in the human brain. Nat Commun 17, 2343 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69068-x

キーワード: 脳波, 記憶, 感覚処理, fMRI, 覚醒