頭の中の「イメージ」はどうやって見ているの? 視覚と想像で見るときの脳神経の重なりが発見される

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  • AIの人工ニューラルネットワークを使い、イメージと視覚での「見る」機能の違いが調査された
  • イメージでは、網膜や第一次視覚野の活性化が拡散され、そのために見え方が曖昧になる
  • PTSDはイメージを現実として捉えてしまうが、これはイメージを曖昧化する脳機能の障害かもしれない

私たちにとって「見る」とは、目で現実のものを見る「視覚」と、頭の中のイメージを見る「想像」の2種類があります。

どちらも私たちにとっては、同じ様に頭の中に映像が浮かんでいますが、果たしてこの2つの見ることの違いは何なのでしょうか?

サウスカロライナ医科大学の研究者は、精神的なイメージと視覚が脳の同じ視覚領域を使用しており、想像の場合は視覚より視覚領域の使用が低レベルである、という内容の論文を科学雑誌『Current Biology』に報告しています。

脳の中では、視覚も想像も似た方法に処理されている可能性があるのです。

この発見は、想像と視覚の研究を発展させるもので、長期的にはPTSD(心的外傷後ストレス障害)などへの応用も期待されています。

果たして「見る」とは何なのでしょう? 想像のイメージを見るとき、私たちは一体何を「見て」いるのでしょうか?

画像を処理する人工知能と人間の脳

今回の研究者Naselaris氏は研究の動機について、次のように語っています。

「精神的なイメージと視覚が非常に似ているということはわかっています。しかし、全く同じというわけではありません。私たちは、どのような点でそれが異なっているか具体的に知りたかったのです」

この疑問を探るために、研究チームはGoogleが開発した人工知能画像解析ソフトウェア「Deep Dream」を利用したました。

オリジナルの写真(左)を元に絵画の様なイメージを生成する「Deep Dream」。/Credit: Zachi Evenor,Günther Noack,Googleresearch

「Deep Dream」には、人間の脳と同じ様な画像を合成する人工ニューラルネットワークがあります。

研究では、まずこのAIのネットワークに画像を見る訓練を行い、次にAIに画像を想像させるというステップを踏みました。

このAIのもつネットワークの各部分は、人間の脳内にあるニューロンの集まりに対応しています。ニューラルネットワークの各階層は、視覚とイメージでそれぞれ異なる機能を持っています。

次に研究チームは、視覚とイメージが脳内のどの部分を活性化させるか、MRIを用いて人間の脳活動を確認しました

この実験では、MRIに入った参加者に画面に写った画像を見てもらい、その後内容を思い出してイメージするようお願いしました。

これにより元の画像とイメージを見るとき、それぞれ人間の脳のどの部分がアクティブになり、また逆に平静な状態になるかが明らかにされました

そして、研究チームは最後にAIの実験と人間のMRI実験の結果を比較しました。

するとAIと人間の脳の両方が似たような働きをしていることがわかったのです。

想像のイメージと視覚を処理するときの脳活動

MRIの結果では、目の網膜から第一次視覚野以降の脳の領域は、視覚と想像の両方で活性化されています。

しかし、イメージの場合、網膜から第一次視覚野までの脳の活性化はあまり明確でなく、ある意味で拡散していまました

これはAIでも同様です。AIの場合、元画像の認識では、網膜と第一次視覚野を表す低階層の領域が明確に活性化されます。しかし、イメージ画像の生成時には、この明確な活性化は拡散されてしまいます。

視覚野を超えた領域では、視覚の場合も想像のイメージでも、活性化の状態は似ていました。

つまり、現実を見た場合と、想像のイメージを見た場合では、網膜から第一次視覚野までの脳内で異なる何かが起こっているのです。

脳の後頭葉にある第一次視覚野(グレー)。その後視覚の処理は、脳の別の視覚野へ活動を移していく。/Credit:Wikipedia

研究者Naselaris氏は結果を次のように語っています。

「想像しているときの脳の活動は、あまり正確ではありません。私たちは、心の中でイメージを思い浮かべるときぼやけた曖昧な感じを経験しますが、それは脳の活動に何らかの根拠があるのです」

イメージで浮かぶおぼろげな感覚は、私たちが現実と夢のどちらを見ているのかを区別する場合にも役立っています。

PTSDの患者などは、トラウマとなった映像が頭に浮かんだとき、それが曖昧なイメージではなく、まるで目の前に迫る現実的な危機のように感じるといいます。

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脳の中には、トラウマのようなものの鮮明なイメージを生成しないように調節するシステムがあるようです。PTSDや幻覚などの現象は、このイメージを朧気にする調節機能の障害かもしれないと研究者はいいます。

精神的なイメージがどのように機能しているか理解することは、こうした精神的なイメージの乱れを特徴とする精神疾患の解決にも役立つかもしれません。

これは今後の研究課題であり、現状の成果では、精神的なイメージと精神的健康との関連性については明らかになっていません。この解明にはより多くの研究が必要となります。

また、今回の研究は、視覚と想像の神経学的基盤を探っただけではなく、人工知能の能力向上にも役立つものです。

機械が行っていることと、脳の活動がどの程度異なるのかについて、今回の研究は重要な手がかりを提示しています。機械学習をより脳に近いものにするために、こうした研究が利用されることになるでしょう。

まだ曖昧な結果しか出せていませんが、この研究に限界があるのは、実験参加者の想像したイメージを現状では完全に再現できないためです。

そのため研究者たちは、現在、心のイメージを見える画像に変換する方法を開発中です。

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現在は絵の上手い人でもないと、頭の中のイメージを視覚的に提示することはできませんが、いずれは絵が下手な人でも、頭の中にある視覚的なイメージをアウトプットできるようになるかもしれません。

絵の描けないイラストレーターやデザイナーが登場したりするのでしょうか。

この研究は、サウスカロライナ医科大学の研究チームにより発表され、論文は、生物学全般を扱う科学雑誌『Current Biology』に4月30日付けで掲載されています。

Generative Feedback Explains Distinct Brain Activity Codes for Seen and Mental Images
https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.04.014

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reference: medicalxpress/ written by KAIN
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