ASCONE2007 『知覚と運動を結ぶ脳機能』

「盲視」は第一次視覚野が損傷した患者さんの一部で見られる不思議な現象です。第一次視覚野は網膜からの視覚入力が大脳皮質で処理される入り口にあって、ここが損傷すると視野欠損ができます。つまりこの視野の中にあるものはなにも見えません。しかし、そのような患者さんの一部では、欠損視野の中の視覚情報を使って行動することができる人がいることがわかりました。たとえば、欠損視野にマルかバツを提示しておいてどちらなのか当てずっぽうに答えてもらうとなぜか正解してしまうのです。このような現象を盲視と呼びます。この症例は「視野上にものが見えること」と「視覚情報をもとにして行動すること」とが同じではないこと、そしてそれらが脳のべつの部分で担われているということを示唆しています。

さて、しかし患者さんは暗点の中になにも見えないと言いますが、どうやってこれを証明したらいいのでしょうか。患者さんは嘘をついているのではないということはどうしたら示せるでしょうか。なにかが見えているかどうかを報告する能力は、視覚意識のなかで報告可能な部分として、「気づき」(visual awareness) と呼ばれます。本講義では盲視という現象を通して「気づき」とはなにか、どうすれば「気づき」を科学的にそして定量的に扱えるか、そしてどうすれば「気づき」の脳内情報処理を明らかにすることができるか、ということを参加者の皆さんと一緒に議論していきたいと思います。

本講義ではMATLABとpsychophysics toolboxを使用した単純な心理物理的実験を体験していただく予定です。準備の手順を記したサイトを作成しました。こちらを元にしてご準備いただけましたらよりスムースに実習を進めることができると思います。

なお、盲視という現象の紹介を生理研のwebサイトに作成しております。ぜひ参考にしてください。

林檎が木から落ちるのを見てアイザックニュートン(1642-1727)が思いついた運動方程式F=Maにより世界は動く。Fという力をＭという質量に与えるとaという加速度をもつ運動に変換される。これは我々が腕を動かすときも同じである。Fという力を出すように筋肉が活動すると質量Ｍの我々の腕はaという加速度で動く。では、我々の脳は腕を動かすための力Fをコードしているのだろうか、それともどのように腕を動かすかというaをコードしているのか？この疑問についての神経科学的論争が過去４０年間(1967-)繰り広げられた。本講義とグループ討論・演習を通して脳がF=Maをどのように表現しているのかを考えることで運動生理実験の基礎を学ぶ。

人が身体を動かすとき，脳はそれに先だって必要な運動指令を定めなくてはならない．このように，目的とする運動を実現するのに必要な運動指令を求める問題を「運動計画」と呼ぶ．

一方，ある場所から別の場所まで手を動かすとき，その動かし方には無数の方法があるにもかかわらず，だれが手を動かしても，手はだいたい同じような軌道を描く．このことは，人間の運動計画が一定のルールの下で行なわれていることを示している．

運動制御の計算理論の分野では，このルール（最適化規範）を明らかにする研究が盛んに行なわれてきた．今回の講義では，このルールに関する研究の流れを紹介した上で，これまでの研究の中でほとんど議論されてこなかた「運動指令をどのようにして表現するか」という問題について議論する．さらに，「表現の良さ」「表現の単純さ」といった基準を考えることで，運動計画の新しいルールが得られる可能性について議論する．

今回の講義ではさらに，脳がごく短い時間（目標が見えてから手が動き出すまでの時間は200ミリ秒程度にすぎない）のあいだに運動指令を生成できる仕組みについても議論したい．

動物が為す運動のうち、身体を移動させること(ロコモーション)は最も基本的な運動のひとつです。本講義では、ロコモーションの一形態である歩行に関して、最適化理論、ロボットの制御理論、そして生物の神経メカニズムについて概観します。まず、動物・昆虫がどのような歩行パターン(ゲイト)を示すかを説明した後、このようなパターンが効率を最大化するという観点からどのように理解できるかという最適化理論を紹介します。次に、アシモに代表されるヒューマノイドロボットが用いている工学的制御方法、特に予測制御を用いた重心やゼロ・モーメント・ポイントの制御に関して解説します。そして、動物はどのような神経メカニズムに基づき歩行のリズムを生成しているのかに関して、セントラル・パターン・ジェネレータに関して説明します。

グループ討論・演習ではどのような歩行メカニズムが考えられるかを、物理計算エンジンを用いて実際にシミュレーションしてみます。プログラミングの経験がある方にはOpen Dynamics Engineを使っていただきますので、以下のサイトを参考に講義前にインストールをお願いします。

Open Dynamics Engine 本家　 金沢工大 出村先生のサイト

プログラミングの経験があまりない方には、グラフィカルユーザーインターフェイスのプラットフォームを用いていただきますので、以下のサイトを参考にしてください。

Juice　 Modulobe

落ちてくるボールを受け取れるからといって，重力加速度が 9.8m/sec2 であると人が認知しているのではない．何らかの計算を行ってボールが落ちて来る時間を予測てして正しく受け取れているが，絶対的な時間の予測を行っているとは考えにくい．なぜなら，0.4sec 後に落ちてくるなどと，数値では答えることが難しいからである．

また，物を持って望みの位置に動かす為には物体の大きさや重さを認知して,適切な運動指令を出さなければならない. 運動が適切に行えたならば，物体の重さなどを認識していると客観的に言えるだけであり，主観的には，人それぞれ，大きさや重さの予測や知覚が異なっているかもしれない．同じ重さのものを持っても，ある人は重く感じ，ある人は軽く感じるということはよくあることである．人が感じる感覚は主観的であるが，他者がどう感じているかを理解することは，客観的な基準により判断する必要もある．

運動を生成している筋肉の活動を調べることで，本人にも気が付かない不思議な知覚現象を実際に感じてもらいたい．