TED日本語 - サラ=ジェイン・ブレイクモア: 青年期の脳の不思議


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TED日本語 - サラ=ジェイン・ブレイクモア: 青年期の脳の不思議

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The mysterious workings of the adolescent brain


Sarah-Jayne Blakemore






Fifteen years ago, it was widely assumed that the vast majority of brain development takes place in the first few years of life. Back then,15 years ago, we didn't have the ability to look inside the living human brain and track development across the lifespan. In the past decade or so, mainly due to advances in brain imaging technology such as magnetic resonance imaging, or MRI, neuroscientists have started to look inside the living human brain of all ages, and to track changes in brain structure and brain function, so we use structural MRI if you'd like to take a snapshot, a photograph, at really high resolution of the inside of the living human brain, and we can ask questions like, how much gray matter does the brain contain, and how does that change with age? And we also use functional MRI, called fMRI, to take a video, a movie, of brain activity when participants are taking part in some kind of task like thinking or feeling or perceiving something.

So many labs around the world are involved in this kind of research, and we now have a really rich and detailed picture of how the living human brain develops, and this picture has radically changed the way we think about human brain development by revealing that it's not all over in early childhood, and instead, the brain continues to develop right throughout adolescence and into the '20s and '30s.

So adolescence is defined as the period of life that starts with the biological, hormonal, physical changes of puberty and ends at the age at which an individual attains a stable, independent role in society. (Laughter) It can go on a long time. (Laughter) One of the brain regions that changes most dramatically during adolescence is called prefrontal cortex. So this is a model of the human brain, and this is prefrontal cortex, right at the front. Prefrontal cortex is an interesting brain area. It's proportionally much bigger in humans than in any other species, and it's involved in a whole range of high level cognitive functions, things like decision-making, planning, planning what you're going to do tomorrow or next week or next year, inhibiting inappropriate behavior, so stopping yourself saying something really rude or doing something really stupid. It's also involved in social interaction, understanding other people, and self-awareness.

So MRI studies looking at the development of this region have shown that it really undergoes dramatic development during the period of adolescence. So if you look at gray matter volume, for example, gray matter volume across age from age four to 22 years increases during childhood, which is what you can see on this graph. It peaks in early adolescence. The arrows indicate peak gray matter volume in prefrontal cortex. You can see that that peak happens a couple of years later in boys relative to girls, and that's probably because boys go through puberty a couple of years later than girls on average, and then during adolescence, there's a significant decline in gray matter volume in prefrontal cortex. Now that might sound bad, but actually this is a really important developmental process, because gray matter contains cell bodies and connections between cells, the synapses, and this decline in gray matter volume during prefrontal cortex is thought to correspond to synaptic pruning, the elimination of unwanted synapses. This is a really important process. It's partly dependent on the environment that the animal or the human is in, and the synapses that are being used are strengthened, and synapses that aren't being used in that particular environment are pruned away. You can think of it a bit like pruning a rosebush. You prune away the weaker branches so that the remaining, important branches, can grow stronger, and this process, which effectively fine-tunes brain tissue according to the species-specific environment, is happening in prefrontal cortex and in other brain regions during the period of human adolescence.

So a second line of inquiry that we use to track changes in the adolescent brain is using functional MRI to look at changes in brain activity across age. So I'll just give you an example from my lab. So in my lab, we're interested in the social brain, that is the network of brain regions that we use to understand other people and to interact with other people. So I like to show a photograph of a soccer game to illustrate two aspects of how your social brains work. So this is a soccer game. (Laughter) Michael Owen has just missed a goal, and he's lying on the ground, and the first aspect of the social brain that this picture really nicely illustrates is how automatic and instinctive social emotional responses are, so within a split second of Michael Owen missing this goal, everyone is doing the same thing with their arms and the same thing with their face, even Michael Owen as he slides along the grass, is doing the same thing with his arms, and presumably has a similar facial expression, and the only people who don't are the guys in yellow at the back - (Laughs)- and I think they're on the wrong end of the stadium, and they're doing another social emotional response that we all instantly recognize, and that's the second aspect of the social brain that this picture really nicely illustrates, how good we are at reading other people's behavior, their actions, their gestures, their facial expressions, in terms of their underlying emotions and mental states. So you don't have to ask any of these guys. You have a pretty good idea of what they're feeling and thinking at this precise moment in time.

So that's what we're interested in looking at in my lab. So in my lab, we bring adolescents and adults into the lab to have a brain scan, we give them some kind of task that involves thinking about other people, their minds, their mental states, their emotions, and one of the findings that we've found several times now, as have other labs around the world, is part of the prefrontal cortex called medial prefrontal cortex, which is shown in blue on the slide, and it's right in the middle of prefrontal cortex in the midline of your head. This region is more active in adolescents when they make these social decisions and think about other people than it is in adults, and this is actually a meta-analysis of nine different studies in this area from labs around the world, and they all show the same thing, that activity in this medial prefrontal cortex area decreases during the period of adolescence. And we think that might be because adolescents and adults use a different mental approach, a different cognitive strategy, to make social decisions, and one way of looking at that is to do behavioral studies whereby we bring people into the lab and we give them some kind of behavioral task, and I'll just give you another example of the kind of task that we use in my lab.

So imagine that you're the participant in one of our experiments. You come into the lab, you see this computerized task. In this task, you see a set of shelves. Now, there are objects on these shelves, on some of them, and you'll notice there's a guy standing behind the set of shelves, and there are some objects that he can't see. They're occluded, from his point of view, with a kind of gray piece of wood. This is the same set of shelves from his point of view. Notice that there are only some objects that he can see, whereas there are many more objects that you can see. Now your task is to move objects around. The director, standing behind the set of shelves, is going to direct you to move objects around, but remember, he's not going to ask you to move objects that he can't see. This introduces a really interesting condition whereby there's a kind of conflict between your perspective and the director's perspective. So imagine he tells you to move the top truck left. There are three trucks there. You're going to instinctively go for the white truck, because that's the top truck from your perspective, but then you have to remember, "Oh, he can't see that truck, so he must mean me to move the blue truck," which is the top truck from his perspective. Now believe it or not, normal, healthy, intelligent adults like you make errors about 50 percent of the time on that kind of trial. They move the white truck instead of the blue truck. So we give this kind of task to adolescents and adults, and we also have a control condition where there's no director and instead we give people a rule. We tell them, okay, we're going to do exactly the same thing but this time there's no director. Instead you've got to ignore objects with the dark gray background. You'll see that this is exactly the same condition, only in the no-director condition they just have to remember to apply this somewhat arbitrary rule, whereas in the director condition, they have to remember to take into account the director's perspective in order to guide their ongoing behavior.

Okay, so if I just show you the percentage errors in a large developmental study we did, this is in a study ranging from age seven to adulthood, and what you're going to see is the percentage errors in the adult group in both conditions, so the gray is the director condition, and you see that our intelligent adults are making errors about 50 percent of the time, whereas they make far fewer errors when there's no director present, when they just have to remember that rule of ignoring the gray background. Developmentally, these two conditions develop in exactly the same way. Between late childhood and mid-adolescence, there's an improvement, in other words a reduction of errors, in both of these trials, in both of these conditions. But it's when you compare the last two groups, the mid-adolescent group and the adult group where things get really interesting, because there, there is no continued improvement in the no-director condition. In other words, everything you need to do in order to remember the rule and apply it seems to be fully developed by mid-adolescence, whereas in contrast, if you look at the last two gray bars, there's still a significant improvement in the director condition between mid-adolescence and adulthood, and what this means is that the ability to take into account someone else's perspective in order to guide ongoing behavior, which is something, by the way, that we do in everyday life all the time, is still developing in mid-to-late adolescence. So if you have a teenage son or a daughter and you sometimes think they have problems taking other people's perspectives, you're right. They do. And this is why.

So we sometimes laugh about teenagers. They're parodied, sometimes even demonized in the media for their kind of typical teenage behavior. They take risks, they're sometimes moody, they're very self-conscious. I have a really nice anecdote from a friend of mine who said that the thing he noticed most about his teenage daughters before and after puberty was their level of embarrassment in front of him. So, he said, "Before puberty, if my two daughters were messing around in a shop, I'd say, 'Hey, stop messing around and I'll sing your favorite song,' and instantly they'd stop messing around and he'd sing their favorite song. After puberty, that became the threat. (Laughter) The very notion of their dad singing in public was enough to make them behave.

So people often ask, "Well, is adolescence a kind of recent phenomenon? Is it something we've invented recently in the West?" And actually, the answer is probably not. There are lots of descriptions of adolescence in history that sound very similar to the descriptions we use today.

So there's a famous quote by Shakespeare from "The Winter's Tale" where he describes adolescence as follows: "I would there were no age between ten and three-and-twenty, or that youth would sleep out the rest; for there is nothing in the between but getting wenches with child, wronging the ancientry, stealing, fighting." (Laughter) He then goes on to say, "Having said that, would any but these boiled brains of nineteen and two-and-twenty hunt in this weather?" (Laughter) So almost 400 years ago, Shakespeare was portraying adolescents in a very similar light to the light that we portray them in today, but today we try to understand their behavior in terms of the underlying changes that are going on in their brain.

So for example, take risk-taking. We know that adolescents have a tendency to take risks. They do. They take more risks than children or adults, and they are particularly prone to taking risks when they're with their friends. There's an important drive to become independent from one's parents and to impress one's friends in adolescence. But now we try to understand that in terms of the development of a part of their brain called the limbic system, so I'm going to show you the limbic system in red in the slide behind me, and also on this brain. So the limbic system is right deep inside the brain, and it's involved in things like emotion processing and reward processing. It gives you the rewarding feeling out of doing fun things, including taking risks. It gives you the kick out of taking risks. And this region, the regions within the limbic system, have been found to be hypersensitive to the rewarding feeling of risk-taking in adolescents compared with adults, and at the very same time, the prefrontal cortex, which you can see in blue in the slide here, which stops us taking excessive risks, is still very much in development in adolescents.

So brain research has shown that the adolescent brain undergoes really quite profound development, and this has implications for education, for rehabilitation, and intervention. The environment, including teaching, can and does shape the developing adolescent brain, and yet it's only relatively recently that we have been routinely educating teenagers in the West. All four of my grandparents, for example, left school in their early adolescence. They had no choice. And that's still the case for many, many teenagers around the world today. Forty percent of teenagers don't have access to secondary school education. And yet, this is a period of life where the brain is particularly adaptable and malleable. It's a fantastic opportunity for learning and creativity.

So what's sometimes seen as the problem with adolescents - heightened risk-taking, poor impulse control, self-consciousness - shouldn't be stigmatized. It actually reflects changes in the brain that provide an excellent opportunity for education and social development. Thank you. (Applause) (Applause)

15年前の人々の間では 脳は誕生後わずか数年で 発達するものだと考えられていました そのころは 生きた人間の 脳の中身を見て 脳が発達していく経過を 観察するなんてことはできませんでした でもここ数十年のこと MRIなどの 脳画像技術が進歩したため 脳科学者達は 幅広い年齢の脳を観て 歳をとると共に 人の脳の構造と働きが どう変化するのか研究し始めました 構造的MRIを使えば ものすごく高画質な 脳のスナップ写真を撮ることができ 灰白質は脳のどれくらいを占めるのか その比率は歳と共にどう変わるのか など 様々な謎を解明しだしました そして機能的MRI いわゆるfMRIを使えば 実験参加者の脳のビデオを撮って 考えたり 感じたりしている脳を 観察することができるのです

世界中で このような研究が行われている今 生きた人間の脳の実体と発達について 非常に多くのことが分かってきました そのため 科学者たちの 脳の発達についての考え方も一新しました 脳は幼いころに全て完成するのではなく 青年期 そして20代 30代と 発達し続けることが明らかになったのです

さて青年期とは 人の生物的な面 ホルモンや肉体の 思春期における変化とともに始まり 社会的に自立したとき終了する 期間だと考えられています (笑) 長いこと青年期に留まっている人もいます(笑) 青年期に最も劇的に変化するのは 脳の前頭前皮質という部分でしょう これは人の脳の模型です 正面の この部分が 前頭前皮質です 脳の中でも面白い部分です 人の前頭前皮質は 他の生物に比べ 脳の中でより大きな比率を占め 様々な知性的機能を果たします 例えば意思決定や計画?明日 来週 あるいは来年 何をするか計画する あるいは不適当な行動の抑制 つまり 失礼なことを口にしたり ばかげたことを しないように自己を抑える機能 人との交流にも必要です 例えば 他人への理解 そして自己認識

MRIを利用して脳のこの部分の発達を追う 研究をすることで 前頭前皮質は青年期に 本当に劇的に発達することが明らかにされました 例えば 4歳から22歳の灰白質を見てみると その容積は子供の頃に増え始めます このグラフを見てください 前頭前皮質の容積は 青年期のはじめ ピークに達します 矢印は前頭前皮質中の灰白質容積の ピークを示していますこのピークが訪れるのは 男の子の方が 女の子より2年ほど遅れています これは 男の子は女の子より2年ほど遅れて 思春期を迎えるからでしょう そして青年期の間に前頭前皮質の 灰白質の容積はぐんと小さくなります これは悪いことに聞こえるかもしれませんが 実は脳の発達にとって大変重要なことなのです 灰白質にはたくさんの細胞体や 細胞同士をつなぐシナプスがあり 灰白質の容積が小さくなると共に 余分なシナプスが除去されると 考えられています これは非常に大切な過程で ある程度 その生き物の生活環境にも影響されます 頻繁に使用されるシナプスはより強化され その環境で生活する上で 必要でないシナプスは除去されます バラの木のように やわな枝を除去することで 残りの 生存に重要な枝がより丈夫になる この過程が青年期の間に 効果的に その生き物特有の環境に最も適した 脳をつくりあげます 前頭前皮質を含めて 脳の様々な部分で調整が行われるのです

さて 青年期の脳の変化を記録するために fMRIを利用して 歳と共に人の脳の動きが どう変化するか研究したりもしています 例として私の研究室での 実験を紹介しましょう 私達は脳の社会的な部分に興味があります つまり周りの人を理解して 交流するために重要な 脳の部分です この社会的な脳には2つの側面があります ここにあるサッカーの試合の写真を見てください サッカーの試合の一場面ですが(笑) ゴールをミスしたマイケル・オーウェンが グラウンドに崩れ落ちたとこです この写真から 社会的な脳の一面 つまり 社会的で感情的な反応を示す面が見て取れます オーウェンがゴールをミスした その瞬間に 皆 腕と顔で同じことをする 同じ動作 同じ表情 グラウンドに倒れている オーウェンも きっと同じ表情をしていることでしょう 例外となるものは 後ろの方にいる 黄色の服を着た彼らだけでしょう(笑) 彼らはスタジアムの反対側にいるべきでしょう 彼らは別の社会的感情的反応を示しています これが社会的な脳のもう一つの側面です この写真を見れば とてもよく分かリます 私達は周囲のふるまい 行動 しぐさ 表情を見て その人の感情と心理を非常に上手く 読みとる能力を持っているのです だから彼らが今どんなことを 考え 感じているか 直接彼らに 問う必要は全くないのです

私の研究室の関心はそういうことです 研究室に青年期と成人期の人をそれぞれ集め 脳の映像をとります そして ある課題を与えることで 他人の 思考 心理 感情について考えてもらいます 世界中で こんな研究を通してあることが 解明されました 前頭前皮質の内側部 このスライドで見ると青の部分で 前頭前皮質のど真ん中 ちょうど頭の中間に位置する部分です 他人について考えている青年期の脳の前頭前皮質内側部は 大人に比べより活発に動いているのです 世界中の9つの研究室の結果を集めた メタアナリシスの結果を見ると 同じ傾向を見て取ることができます 前頭前皮質の内側部は 青年期を頂点に しだいに小さくなっていくのです これは 社会的な意思決定をするとき 若者と大人では 違ったアプローチで 思考するためだと考えられています この違いを観察するために 人を研究室に集め 行動科学実験の課題を与えます 私の研究室で行っている実験を もう一つ例として紹介しましょう

この実験の参加者として 実験室に来て コンピュータで こんな課題を見せられたと想像してみてください この課題は 本棚を使います さて 棚のところどころに物が置かれていて 反対側に男の人がいるのが見えますね 彼には全ての物は見えないようになっています いくつかの物は この人には見えないよう グレーの板によって隠されているのです これが 反対側に立っている男に見える棚です 彼の方から見える物は限られています 逆に あなたの方からは ずっと多くの物が見えます あなたの課題は 棚の物を動かすことです 棚の反対側の男は ディレクタとして 何を動かすかべきか指示します ただ 彼が見えない物について 指示することはない ということを 忘れないでくださいね 面白いことに この設定では あなたとディレクタの 観点が微妙に異なり 衝突するのです 例えば 一番上のトラックを左に動かすよう指示されたとします トラックは3つありますが 直感的に 自分から見て一番上にある 白いトラックに 手を伸ばすでしょう ここで思い出さなければいけません 「そうだ 彼にはこのトラックは見えないんだから 彼の方から見て一番上の青いのトラックのことを 言ってるんだ」 驚くことに あなた方のような 何の障害もない 頭のいい大人でも 50%の確率で間違うのです 青いトラックでなく 白いのを動かしてしまいます 青年期と成人期の人に それぞれこんな作業をしてもらうわけです 対照実験では ディレクターなしで 代わりにルールを決めます 全く同じことをするのですが 今回は反対側にディレクタはいません ルールは 後ろに濃いグレーの板がある物は無視するということです 全く同じ設定ですね ただ ディレクタなしの場合は 何だか恣意的な ルールを与えられて ディレクタがいる設定では 彼の視点について考えることを忘れずに 次の動きを決めなければいけません

私の実験室で行った 大規模な発達の研究における 間違いの割合をお見せしましょう 参加者は7歳児から大人までいました 両方の設定における 大人たちの間違う割合を見てみましょう グレーはディレクタ有りの設定です 賢い大人が 50%の確率で間違っていますね でも グレーの板の前の物は無視するという ディレクタ無しの設定では 間違える確率がぐんと低い ということが明らかです この2つの設定で必要となる能力は 全く同じように 発達します 児童期の終わりから 青年期の半ばにかけて 両方の設定で 間違う確率は減っていきます どっちの設定を見てみても でも右端の 青年期半ばと大人のグループを 比較すると とても興味深いことが 明らかになってきます ここからは ディレクタ無しの設定では 進歩が見られません つまり ルールを忘れずにその通りに行動するために 必要な能力は もう青年期半ばに 完全に発達しているようです 反対に 最後の2つグレーの棒を見ると ディレクタ有りの設定では青年期半ばから成人期にかけて ぐんと成績が上がります つまり 他人の観点を理解しながら 次の動きを決めるために必要な能力 生きていく上で 日々 絶えず必要になる この能力は青年期の後半には まだ発達中なのです だからティーンエージャーの息子や娘が ちゃんと他人の観点を気にして 行動するのが下手なのには 理由があるのです

ティーンエージャーって面白いですよね メディアは 典型的なティーンエージャーの振る舞いを パロディ化したり ときには悪魔のように扱います リスキーなことをする 気分屋 そして異常に自意識過剰 友達から聞いた とてもいい話があります 彼の娘達が思春期を迎えたとき その前と後での 最もはっきりとした違いは 父親といる時の彼女達の当惑ぶりだそうです 思春期前の彼女達が お店でふざけていたら 「君たちの大好きな歌を歌ってあげるからふざけるのは やめなさい」と言えば 娘たちはすぐにふざけるのをやめ 喜んで彼の歌を聞くものだったそうです 思春期を越えた彼女達にとって これは脅しとなりました (笑) 父親が人前で歌うなんて考えただけで おりこうにする気になったのです

こう疑問を持つ人もいます 「青年期って比較的新しい現象なのかな? 最近 西洋の人々がつくり出した概念なのかしら?」 おそらく そんなことはないでしょう 昔の人も 今日の私達と同じように 青年期を描写していました

よく知られた引用ですが シェクスピアは「冬物語」で 青年期について こんなことを書いています 「13と20の間の年齢がなくなるか その間ずっと 眠っていてくれたら どんなに素晴らしいだろう この時期といったら 娘を妊娠させる 年寄りに悪さする 盗む そして喧嘩する以外に何もないのだから」(笑) さらにこう続きます「そうは言っても 19や22の煮え立つ脳以外に こんな天気の中 狩りに出る者があるだろうか」(笑) 約400年前のシェイクスピアは 今日の私達と 同じような感じで青年期を描いていたわけです でも私たちは 青年期の若者の脳が どう変化しているか知ることで 彼らの行動について 理解を深めようとしているのです

例えばリスクへの対応 彼らはリスキーなことをしたがる 傾向がありますね 本当に 彼らは子供や大人に比べて リスキーなことをよくします 特に周りに友達がいるとき これは青年期に 親から自立して 友達を関心させるために 重要な衝動です 青年期ついて理解を深めるために 今度は大脳辺縁系という部分の発達を見てみましょう 私の後ろにあるスライドや この模型で 赤い部分が 大脳辺縁系です 大脳辺縁系は脳の深いところにあり 感情を整理したり やりがいを感じたりする部分です 面白いこと 例えばリスキーなことをした時に 高揚を感じるのはこの部分です リスキーな行動に伴うスリルもこの部分からきています そして大脳辺縁系のこの部分は 大人に比べて 青年期にリスキーなことをしたときに感じる 高揚に対してより敏感なのです 同時に 前頭前皮質 このスライドでは青い部分 過剰にリスキーなことをしないようにするこの部分が 青年期ではまだ未成熟なのです

脳科学者たちは研究を通して 脳は青年期に ものすごい発達を経ることを明らかにしました この発見は 教育やリハビリなどの介入に 重要な意味があります 教育も含めて 周囲の環境は 青年期の脳の発達に影響を及ぼすものです しかし西洋の国々で ティーンエージャーに 広く教育を与えるようになったのは 比較的最近です 例えば 私の祖父母は4人とも 青年期の初めの頃に 学校をやめました 他に選択肢はなかったのです 今でもそういうティーンエージャーは世界中に たくさんいます ティーンエージャーの40%は 中学や高校に行けません しかし この期間は人生で脳の 順応性が最も優れている期間です 学習と創造に最適な機会です だから

青年期の若者の問題として見られがちな 振る舞いを 非難すべきではありません リスキーな行動 衝動的な行動 自意識過剰な態度 そういった行動は 実は脳にとって 学習と 社会性の発達に最高な機会を反映しいるのです どうもありがとう(拍手) (拍手)

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