私たちを他の動物より賢くするのは人間の脳について何ですか? 新しい研究は興味深い答えを与えます

人間は認知の分野で無敵です。 結局のところ、他の種は他の惑星にプローブを送ったり、命を救うワクチンを生産したり、詩を作ったりしていません。 これを可能にするために人間の脳で情報がどのように処理されるかは、無限の魅力を引き出した質問ですが、決定的な答えはありません。

脳機能に対する私たちの理解は、何年にもわたって変化してきました。 しかし、現在の理論モデルでは、脳を「分散型情報処理システム」と表現しています。 これは、脳の配線を介して緊密にネットワーク化された別個のコンポーネントを持っていることを意味します。 相互作用するために、地域は入力信号と出力信号のシステムを介して情報を交換します。

ただし、これはより複雑な図のほんの一部にすぎません。 Nature Neuroscienceに発表された研究では、さまざまな種と複数の神経科学分野からの証拠を使用して、脳には1種類の情報処理だけではないことを示しています。 情報がどのように処理されるかは、人間と他の霊長類の間でも異なります。これは、私たちの種の認知能力が非常に優れている理由を説明している可能性があります。

私たちは、情報理論の数学的フレームワークとして知られているもの、つまりインターネットや人工知能などのテクノロジーに不可欠なデジタル情報の測定、保存、伝達の研究から概念を借りて、脳が情報を処理する方法を追跡しました。 実際、脳の領域が異なれば、相互作用するために異なる戦略を使用することがわかりました。

一部の脳領域は、入力と出力を使用して、非常に典型的な方法で他の領域と情報を交換します。 これにより、信号が再現可能で信頼できる方法で確実に伝わります。 これは、感覚および運動機能(音、視覚、運動情報の処理など)に特化した領域に当てはまります。

たとえば、処理のために脳の後ろに信号を送る目を見てください。 送信される情報の大部分は重複しており、それぞれの目で提供されます。 つまり、この情報の半分は必要ありません。 したがって、このタイプの入出力情報処理を「冗長」と呼びます。

しかし、冗長性は堅牢性と信頼性を提供します–それは私たちがまだ片目で見ることを可能にするものです。 この機能は生き残るために不可欠です。 実際、これらの脳領域間の接続は、電話の固定電話のように、脳内で解剖学的に配線されていることが非常に重要です。

ただし、目によって提供されるすべての情報が冗長であるわけではありません。 両目からの情報を組み合わせると、最終的に脳はオブジェクト間の深さと距離を処理できるようになります。 これは、映画館での多くの種類の3Dメガネの基礎です。

これは、情報を処理する根本的に異なる方法の例であり、その部分の合計よりも大きくなっています。 このタイプの情報処理は、さまざまな脳ネットワークからの複雑な信号が統合されている場合、「相乗的」と呼ばれます。

相乗的処理は、注意、学習、作業記憶、社会的および数値的認知など、より複雑な認知機能を幅広くサポートする脳領域で最も一般的です。 さまざまなネットワークをさまざまな方法で接続し、私たちの経験に応じて変化する可能性があるという意味で、固定されていません。 これにより、情報の組み合わせが容易になります。

人間の脳は非常に複雑です。
シャッターストック

多くの相乗効果が発生するこのような領域(主に皮質の前部と中央部(脳の外層))は、脳全体からのさまざまな情報源を統合します。 したがって、それらは、一次感覚および運動関連情報を扱う領域よりも、脳の他の部分とより広く効率的に接続されています。

情報の統合をサポートする高相乗効果の領域には、通常、多くのシナプス、つまり神経細胞が通信できるようにする微視的な接続があります。

相乗効果が私たちを特別なものにしているのですか?

私たちは、脳全体の複雑なネットワークを介して情報を蓄積および構築するこの能力が、進化論的に私たちの近親者である人間と他の霊長目との間で異なるかどうかを知りたいと思いました。

調べるために、私たちはさまざまな種の脳画像データと遺伝子分析を調べました。 我々は、相乗的相互作用が、マカクザルの脳よりも人間の脳の総情報フローの高い割合を占めることを発見しました。 対照的に、両方の種の脳は、冗長な情報にどれだけ依存しているかという点で同等です。

ただし、特に前頭前野、より高度な認知機能をサポートする脳の前部の領域にも注目しました。 マカクでは、冗長な情報処理がこの地域でより一般的ですが、人間では、それは相乗効果の多い領域です。

前頭前野も進化とともに大幅に拡大しました。 チンパンジーの脳からのデータを調べたところ、チンパンジーの対応する領域と比較して、サイズの進化中に人間の脳の領域が拡大するほど、この領域は相乗効果に依存することがわかりました。

カトマンズの高台にあるスワヤンブナート寺院のアカゲザルの画像。
ネパールのSwayambhunath寺院のアカゲザル。
シャッターストック

また、人間のドナーからの遺伝子分析も調べました。 これは、相乗的情報の処理に関連する脳領域が、知能などの脳の発達と機能に関連する、独自の人間である遺伝子を発現する可能性が高いことを示しています。

これにより、進化の結果として獲得された追加の人間の脳組織は、主に相乗効果に専念している可能性があるという結論に至りました。 同様に、より大きな相乗効果の利点が、部分的に、私たちの種の追加の認知能力を説明するかもしれないと推測するのは魅力的です。 相乗効果は、以前は欠けていた人間の脳の進化のパズルに重要な部分を追加する可能性があります。

最終的に、私たちの仕事は、人間の脳が信頼性と情報の統合の間のトレードオフをどのようにナビゲートするかを明らかにします-私たちは両方が必要です。 重要なことに、私たちが開発したフレームワークは、一般的な認知から障害まで、さまざまな神経科学的問題に対する重要な新しい洞察を約束します。

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