人の思考は常に同じ速度で動くわけではない。目の前の危険には即座に反応しながらも、複雑な判断の前では一時停止して考える。脳は瞬時の反応が必要な情報と文脈、意味を解釈しながら、ゆっくり処理される情報を同時に扱っている。このように迅速な反応と遅い思考が同時に機能する脳の特性は非常に当然に見えるが、その調整方法は長い間明確に説明されていなかった。
最近明らかになった新しい研究によると、脳の各領域は異なる内部時計を持って機能し、白質の接続網を通じて異なるタイムゾーンの情報を共有していることが示された。脳領域間をつなぐ白質ネットワークが各領域の迅速な情報処理と遅い情報処理をどれだけ効率的に調整するかによって、思考、意思決定、行動の効率が変わり、これにより個人間の認知能力の差が現れる可能性があるという。
最近、アメリカのラトガース大学ラトガースヘルス精神医学科のリンデン・パークス教授チームは、脳が異なる‘内部時間’を持つ領域をどのように接続して認知機能を生み出すのかを解明し、国際学術誌『ネイチャー・コミュニケーションズ(Nature Communications)』の最新号に発表し、科学メディアのサイエンスデイリーなどが報じた。
研究によると、脳の各領域は同じ速度で機能せず、固有の情報保持時間、すなわち‘固有神経時間尺度(intrinsic neural timescales, INTs)’を持って機能している。このような時間尺度の違いを白質接続網が調整することによって、脳は迅速な反応と遅い熟考を一つの機能的システムとして統合する。
リンデン・パークス教授は「行動を通じて環境に反応するためには、異なる時間尺度で処理された情報を結合する必要がある」と述べ、「脳は白質の接続性を活用してこれらの情報を共有し、この統合過程が人間の行動と認知機能において重要な役割を果たす」と説明した。
研究チームは合計960人の脳画像データを分析し、個別の脳接続マップを構築した。その後、複雑系システムの時間的変化を説明する数学的モデルを適用し、各脳領域の固有神経時間尺度が構造的接続性を通じてどのように決定されるかを追跡した。これにより、局所的な情報処理特性と全脳ネットワーク間の情報共有方法との直接的な関連性を明らかにした。
分析の結果、大脳皮質全体にわたる神経時間尺度の配列方法は、行動に関連する大規模な脳活動パターン間の転換効率に重要な影響を与えることが示された。特にこのような時間構造は個人ごとに差異を示し、その差が認知能力の個人差を説明するのに寄与することが確認された。
パークス教授は「脳が異なる速度で情報を処理する方法の違いが、個人間の認知能力の差を説明する一つのメカニズムになり得ることを確認した」と述べた。研究チームはまた、このような時間パターンが脳組織の遺伝的・分子的・細胞的特性とも関連していることを確認した。マウスの脳でも類似の関連性が観察され、種間で保存されたメカニズムである可能性も示唆された。
研究チームは「白質接続構造が各脳領域の迅速な情報処理と遅い情報処理を効果的に接続するほど、全体的な認知能力が高い傾向を示した」と説明した。脳の構造的接続性が単なる情報伝達経路を超えて時間的情報統合の核心要素であることを示している。
今回の研究結果を基に、研究チームは現在、統合失調症、双極性障害、うつ病などの主要な神経精神疾患を対象に同様の分析アプローチを適用している。脳の接続性の変化が時間に伴う情報処理方法にどのような影響を与えるかを解明することで、精神疾患の病態生理を新たな視点から理解することが目標である。
