TED日本語 - マイケル・メルゼニッチ: 脳の再構築


TED Talks(英語 日本語字幕付き動画)

TED日本語 - マイケル・メルゼニッチ: 脳の再構築

TED Talks

Growing evidence of brain plasticity
Michael Merzenich




This machine, which we all have residing in our skulls, reminds me of an aphorism, of a comment of Woody Allen to ask about what is the very best thing to have within your skull. And it's this machine. And it's constructed for change. It's all about change. It confers on us the ability to do things tomorrow that we can't do today, things today that we couldn't do yesterday. And of course it's born stupid.

The last time you were in the presence of a baby -- this happens to be my granddaughter, Mitra. Isn't she fabulous? (Laughter) But nonetheless when she popped out despite the fact that her brain had actually been progressing in its development for several months before on the basis of her experiences in the womb -- nonetheless she had very limited abilities, as does every infant at the time of normal, natural full-term birth. If we were to assay her perceptual abilities, they would be crude. There is no real indication that there is any real thinking going on. In fact there is little evidence that there is any cognitive ability in a very young infant. Infants don't respond to much. There is not really much of an indication in fact that there is a person on board. (Laughter) And they can only in a very primitive way, and in a very limited way control their movements.

It would be several months before this infant could do something as simple as reach out and grasp under voluntary control an object and retrieve it, usually to the mouth. And it will be some months beforeward, and we see a long steady progression of the evolution from the first wiggles, to rolling over, and sitting up, and crawling, standing, walking, before we get to that magical point in which we can motate in the world. And yet, when we look forward in the brain we see really remarkable advance. By this age the brain can actually store. It has stored, recorded, can fastly retrieve the meanings of thousands, tens of thousands of objects, actions, and their relationships in the world. And those relationships can in fact be constructed in hundreds of thousands, potentially millions of ways. By this age the brain controls very refined perceptual abilities. And it actually has a growing repertoire of cognitive skills. This brain is very much a thinking machine. And by this age there is absolutely no question that this brain, it has a person on board. And in fact at this age it is substantially controlling its own self-development. And by this age we see a remarkable evolution in its capacity to control movement.

Now movement has advanced to the point where it can actually control movement simultaneously, in a complex sequence, in complex ways as would be required for example for playing a complicated game, like soccer. Now this boy can bounce a soccer ball on his head. And where this boy comes from, Sao Paulo, Brazil, about 40 percent of boys of his age have this ability. You could go out into the community in Monterey, and you'd have difficulty finding a boy that has this ability. And if you did he'd probably be from Sao Paulo. (Laughter)

That's all another way of saying that our individual skills and abilities are very much shaped by our environments. That environment extends into our contemporary culture, the thing our brain is challenged with. Because what we've done in our personal evolutions is build up a large repertoire of specific skills and abilities that are specific to our own individual histories. And in fact they result in a wonderful differentiation in humankind, in the way that, in fact, no two of us are quite alike. Every one of us has a different set of acquired skills and abilities that all derive out of the plasticity, the adaptability of this really remarkable adaptive machine. In an adult brain of course we've built up a large repertoire of mastered skills and abilities that we can perform more or less automatically from memory, and that define us as acting, moving, thinking creatures.

Now we study this, as the nerdy, laboratory, university-based scientists that we are, by engaging the brains of animals like rats, or monkeys, or of this particularly curious creature -- one of the more bizarre forms of life on earth -- to engage them in learning new skills and abilities. And we try to track the changes that occur as the new skill or ability is acquired. In fact we do this in individuals of any age, in these different species -- that is to say from infancies, infancy up to adulthood and old age. So we might engage a rat, for example, to acquire a new skill or ability that might involve the rat using its paw to master particular manual grasp behaviors just like we might examine a child and their ability to acquire the sub-skills, or the general overall skill of accomplishing something like mastering the ability to read. Or you might look in an older individual who has mastered a complex set of abilities that might relate to reading musical notation or performing the mechanical acts of performance that apply to musical performance.

From these studies we defined two great epochs of the plastic history of the brain. The first great epoch is commonly called the "Critical Period." And that is the period in which the brain is setting up in its initial form its basic processing machinery. This is actually a period of dramatic change in which it doesn't take learning, per se, to drive the initial differentiation of the machinery of the brain. All it takes for example in the sound domain, is exposure to sound. And the brain actually is at the mercy of the sound environment in which it is reared. So for example I can rear an animal in an environment in which there is meaningless dumb sound, a repertoire of sound that I make up, that I make, just by exposure, artificially important to the animal and its young brain. And what I see is that the animal's brain sets up its initial processing of that sound in a form that's idealized, within the limits of its processing achievements to represent it in an organized and orderly way. The sound doesn't have to be valuable to the animal: I could raise the animal in something that could be hypothetically valuable, like the sounds that simulate the sounds of a native language of a child. And I see the brain actually develop a processor that is specialized -- specialized for that complex array, a repertoire of sounds. It actually exaggerates their separateness of representation, in multi-dimensional neuronal representational terms.

Or I can expose the animal to a completely meaningless and destructive sound. I can raise an animal under conditions that would be equivalent to raising a baby under a moderately loud ceiling fan, in the presence of continuous noise. And when I do that I actually specialize the brain to be a master processor for that meaningless sound. And I frustrate its ability to represent any meaningful sound as a consequence. Such things in the early history of babies occur in real babies. And they account for, for example the beautiful evolution of a language-specific processor in every normally developing baby. And so they also account for development of defective processing in a substantial population of children who are more limited, as a consequence, in their language abilities at an older age.

Now in this early period of plasticity the brain actually changes outside of a learning context. I don't have to be paying attention to what I hear. The input doesn't really have to be meaningful. I don't have to be in a behavioral context. This is required so the brain sets up it's processing so that it can act differentially, so that it can act selectively, so that the creature that wears it, that carries it, can begin to operate on it in a selective way. In the next great epoch of life, which applies for most of life, the brain is actually refining its machinery as it masters a wide repertoire of skills and abilities. And in this epoch, which extends from late in the first year of life to death; it's actually doing this under behavioral control. And that's another way of saying the brain has strategies that define the significance of the input to the brain. And it's focusing on skill after skill, or ability after ability, under specific attentional control. It's a function of whether a goal in a behavior is achieved or whether the individual is rewarded in the behavior. This is actually very powerful. This lifelong capacity for plasticity, for brain change, is powerfully expressed. It is the basis of our real differentiation,one individual from another. You can look down in the brain of an animal that's engaged in a specific skill, and you can witness or document this change on a variety of levels.

So here is a very simple experiment. It was actually conducted about five years ago in collaboration with scientists from the University of Provence in Marseilles. It's a very simple experiment where a monkey has been trained in a task that involves it manipulating a tool that's equivalent in its difficulty to a child learning to manipulate or handle a spoon. The monkey actually mastered the task in about 700 practice tries. So in the beginning the monkey could not perform this task at all. It had a success rate of about one in eight tries. Those tries were elaborate. Each attempt was substantially different from the other. But the monkey gradually developed a strategy. And 700 or so tries later the monkey is performing it flawlessly -- never fails. He's successful in his retrieval of food with this tool every time. At this point the task is being performed in a beautifully stereotyped way: very beautifully regulated and highly repeated, trial to trial.

We can look down in the brain of the monkey. And we see that it's distorted. We can track these changes, and have tracked these changes in many such behaviors across time. And here we see the distortion reflected in the map of the skin surfaces of the hand of the monkey. Now this is a map, down in the surface of the brain, in which, in a very elaborate experiment we've reconstructed the responses, location by location, in a highly detailed response mapping of the responses of its neurons. We see here a reconstruction of how the hand is represented in the brain. We've actually distorted the map by the exercise. And that is indicated in the pink. We have a couple fingertip surfaces that are larger. These are the surfaces the monkey is using to manipulate the tool. If we look at the selectivity of responses in the cortex of the monkey, we see that the monkey has actually changed the filter characteristics which represents input from the skin of the fingertips that are engaged. In other words there is still a single, simple representation of the fingertips in this most organized of cortical areas of the surface of the skin of the body. Monkey has like you have. And yet now it's represented in substantially finer grain. The monkey is getting more detailed information from these surfaces. And that is an unknown -- unsuspected, maybe, by you -- part of acquiring the skill or ability.

Now actually we've looked in several different cortical areas in the monkey learning this task. And each one of them changes in ways that are specific to the skill or ability. So for example we can look to the cortical area that represents input that's controlling the posture of the monkey. We look in cortical areas that control specific movements, and the sequences of movements that are required in the behavior, and so forth. They are all remodeled. They all become specialized for the task at hand. There are 15 or 20 cortical areas that are changed specifically when you learn a simple skill like this. And that represents in your brain, really massive change. It represents the change in a reliable way of the responses of tens of millions, possibly hundreds of millions of neurons in your brain. It represents changes of hundreds of millions, possibly billions of synaptic connections in your brain. This is constructed by physical change. And the level of construction that occurs is massive. Think about the changes that occur in the brain of a child through the course of acquiring their movement behavior abilities in general. Or acquiring their native language abilities. The changes are massive.

What it's all about is the selective representations of things that are important to the brain. Because in most of the life of the brain this is under control of behavioral context. It's what you pay attention to. It's what's rewarding to you. It's what the brain regards, itself, as positive and important to you. It's all about cortical processing and forebrain specialization. And that underlies your specialization. That is why you, in your many skills and abilities, are a unique specialist: a specialist that's vastly different in your physical brain in detail than the brain of an individual 100 years ago; enormously different in the details from the brain of the average individual 1,000 years ago. Now,one of the characteristics of this change process is that information is always related to other inputs or information that is occurring in immediate time, in context. And that's because the brain is constructing representations of things that are correlated in little moments of time and that relate to one another in little moments of successive time. The brain is recording all information and driving all change in temporal context. Now overwhelmingly the most powerful context that's occurred in your brain is you. Billions of events have occurred in your history that are related in time to yourself as the receiver, or yourself as the actor, yourself as the thinker, yourself as the mover. Billions of times little pieces of sensation have come in from the surface of your body that are always associated with you as the receiver, and that result in the embodiment of you. You are constructed, your self is constructed from these billions of events. It's constructed. It's created in your brain. And it's created in the brain via physical change. This is a marvelously constructed thing that results in individual form because each one of us has vastly different histories, and vastly different experiences, that drive in to us this marvelous differentiation of self, of personhood.

Now we've used this research to try to understand not just how a normal person develops, and elaborates their skills and abilities, but also try to understand the origins of impairment, and the origins of differences or variations that might limit the capacities of a child, or an adult. I'm going to talk about using these strategies to actually design brain plasticity-based approach to drive corrections in the machinery of a child that increases the competence of the child as a language receiver and user and, thereafter, as a reader. And I'm going to talk about experiments that involve actually using this brain science, first of all to understand how it contributes to the loss of function as we age. And then, by using it in a targeted approach we're going to try to differentiate the machinery to recover function in old age.

So the first example I'm going to talk about relates to children with learning impairments. We now have a large body of literature that demonstrates that the fundamental problem that occurs in the majority of children that have early language impairments, and that are going to struggle to learn to read, is that their language processor is created in a defective form. And the reason that it rises in a defective form is because early in the baby's brain's life the machine process is noisy. It's that simple. It's a signal-to-noise problem. Okay? And there are a lot of things that contribute to that. There are numerous inherited faults that could make the machine process noisier. Now I might say the noise problem could also occur on the basis of information provided in the world from the ears.

If any -- those of you who are older in the audience know that when I was a child we understood that a child born with a cleft palate was born with what we called mental retardation. We knew that they were going to be slow cognitively; we knew they were going to struggle to learn to develop normal language abilities; and we knew that they were going to struggle to learn to read. Most of them would be intellectual and academic failures. That's disappeared. That no longer applies. That inherited weakness, that inherited condition has evaporated. We don't hear about that anymore. Where did it go? Well, it was understood by a Dutch surgeon, about 35 years ago, that if you simply fix the problem early enough, when the brain is still in this initial plastic period so it can set up this machinery adequately, in this initial set up time in the critical period, none of that happens. What are you doing by operating on the cleft palate to correct it? You're basically opening up the tubes that drain fluid from the middle ears, which have had them reliably full. Every sound the child hears uncorrected is muffled. It's degraded. The child's native language is such a case is not English. It's not Japanese. It's muffled English. It's degraded Japanese. It's crap. And the brain specializes for it. It creates a representation of language crap. And then the child is stuck with it.

Now the crap doesn't just happen in the ear. It can also happen in the brain. The brain itself can be noisy. It's commonly noisy. There are many inherited faults that can make it noisier. And the native language for a child with such a brain is degraded. It's not English. It's noisy English. And that results in defective representations of sounds of words -- not normal -- a different strategy, by a machine that has different time constants and different space constants. And you can look in the brain of such a child and record those time constants. They are about an order of magnitude longer, about 11 times longer in duration on average, than in a normal child. Space constants are about three times greater. Such a child will have memory and cognitive deficits in this domain. Of course they will. Because as a receiver of language, they are receiving it and representing it, and in information it's representing crap. And they are going to have poor reading skills. Because reading is dependent upon the translation of word sounds into this orthographic or visual representational form. If you don't have a brain representation of word sounds that translation makes no sense. And you are going to have corresponding abnormal neurology.

Then these children increasingly in evaluation after evaluation, in their operations in language, and their operations in reading -- we document that abnormal neurology. The point is is that you can train the brain out of this. A way to think about this is you can actually re-refine the processing capacity of the machinery by changing it. Changing it in detail. It takes about 30 hours on the average. And we've accomplished that in about 430,000 kids today. Actually, probably about 15,000 children are being trained as we speak. And actually when you look at the impacts, the impacts are substantial.

So here we're looking at the normal distribution. What we're most interested in is these kids on the left side of the distribution. This is from about 3,000 children. You can see that most of the children on the left side of the distribution are moving into the middle or the right. This is in a broad assessment of their language abilities. This is like an IQ test for language. The impact in the distribution, if you trained every child in the United States, would be to shift the whole distribution to the right and narrow the distribution. This is a substantially large impact.

Think of a classroom of children in the language arts. Think of the children on the slow side of the class. We have the potential to move most of those children to the middle or to the right side. In addition to accurate language training it also fixes memory and cognition speech fluency and speech production. And an important language dependent skill is enabled by this training -- that is to say reading. And to a large extent it fixes the brain. You can look down in the brain of a child in a variety of tasks that scientists have at Stanford, and MIT, and UCSF, and UCLA, and a number of other institutions. And children operating in various language behaviors, or in various reading behaviors, you see for the most extent, for most children, their neuronal responses, complexly abnormal before you start, are normalized by the training.

Now you can also take the same approach to address problems in aging. Where again the machinery is deteriorating now from competent machinery, it's going south. Noise is increasing in the brain. And learning modulation and control is deteriorating. And you can actually look down on the brain of such an individual and witness a change in the time constants and space constants with which, for example, the brain is representing language again. Just as the brain came out of chaos at the beginning, it's going back into chaos in the end. This results in declines in memory in cognition, and in postural ability and agility. It turns out you can train the brain of such an individual -- this is a small population of such individuals -- train equally intensively for about 30 hours. These are 80- to 90-year-olds.

And what you see are substantial improvements of their immediate memory, of their ability to remember things after a delay, of their ability to control their attention, their language abilities and visual-spatial abilities. The overall neuropsychological index of these trained individuals in this population is about two standard deviations. That means that if you sit at the left side of the distribution, and I'm looking at your neuropyschological abilities, the average person has moved to the middle or the right side of the distribution. It means that most people who are at risk for senility, more or less immediately, are now in a protected position.

My issues are to try to get to rescuing older citizens more completely and in larger numbers, because I think this can be done in this arena on a vast scale -- and the same for kids. My main interest is how to elaborate this science to address other maladies. I'm specifically interested in things like autism, and cerebral palsy, these great childhood catastrophes. And in older age conditions like Parkinsonism, and in other acquired impairments like schizophrenia.

Your issues as it relates to this science, is how to maintain your own high-functioning learning machine. And of course, a well-ordered life in which learning is a continuous part of it, is key. But also in your future is brain aerobics. Get ready for it. It's going to be a part of every life not too far in the future, just like physical exercise is a part of every well organized life in the contemporary period. The other way that we will ultimately come to consider this literature and the science that is important to you is in a consideration of how to nurture yourself. Now that you know, now that science is telling us that you are in charge, that it's under your control, that your happiness, your well-being, your abilities, your capacities, are capable of continuous modification, continuous improvement, and you're the responsible agent and party. Of course a lot of people will ignore this advice. It will be a long time before they really understand it. (Laughter) Now that's another issue and not my fault. Okay. Thank you. (Applause)

私たち皆が頭蓋の中に持っているこの機構は ウッディー・アレンのコメントにあった ある箴言を思い出させます 頭の中に入れておくべき最高の物は何かというものです そしてこちらがその機構です 変化の為に構成されています それに尽きます 私たちに今日できないことを明日 昨日できなかったことを今日する能力を授けてくれます 当然最初は無能です

一番最近あなたが赤ん坊と会ったとき -- これは私の孫のミトラです 素晴らしいでしょう? (笑い) 彼女が誕生したときは その数ヶ月前から 胎内での経験に基づいて 脳は進化し始めていましたが 全ての胎児と同様に 満期産の時点で 彼女の能力は非常に限られたものでした 彼女の認知能力を測定しても それはひどいものでしょう 思考していることを示すものは何もなく 実際幼児に知覚能力があることを 示す証拠はほとんどありません 幼児はあまり反応を示しません 実際人間が操縦していることを示すものはほとんどないのです (笑い) 非常に原始的で限られた方法でしか 幼児は動けません

手を伸ばして物を掴み たぐり寄せるという意識的な動きが出来るようになるまで 数ヶ月かかります 大抵口に運ぶんですけれどね 数ヶ月経つと 長く 安定した進化が見られ くねくねし 転がり そして座るようになり ハイハイし始め 立ち上がり 歩き この世界で動き回れるようになる 奇跡的な時点にたどり着きます 一方で脳では 素晴らし進歩が見られます その時点で脳は記憶できるようになっています 幾千幾万もの 物 行動 この世界におけるそれらの関係を 記憶し 覚え 素早く思い出せます そしてそういった関係は何十万 潜在的に数百万通りの方法で構築され得ます またその時点で 脳は洗練された認知能力を持ちます 認知技能のレパートリーは増大していっています この脳は立派な思考機構です その頃には疑いようもなく この脳には人間が乗っています 実際 その頃の脳は実質的に自己の発達を制御しています またその年齢になると運動制御の能力に 素晴らしい進化が見られます

その能力は 例えばサッカーといった 複雑なゲームを遊ぶのに必要な 同時な動き 複雑な順番および方法での 動きを制御できるようになっています こちらの男の子は頭でリフティングできます ブラジルのサンパウロの子です この年頃の男の子の 40% は同じことができます モンテレーの町に行っても こういうことができる男の子を見つけるのは難しいでしょう いたとしたらその子はきっとサンパウロ出身です (笑い)

これはつまり 私たち個々の技能や能力は 環境によって形成されるということです その環境は私たちの現代文化に及び 私たちの脳が曝されるものとなります 私たち個々が経た進化は 個々の来歴に特定の 技能や能力の膨大なレパートリーから成っています そしてその結果 人類の素晴らしい分化が見られます その結果 私たち誰もが 他の誰とも異なる存在であります 私たちは皆 驚異的な適応力を持つ機構の可塑性によって それぞれ異なる技能や能力を習得しています 成人の脳は当然発達しており 優れた技能や能力のレパートリーを持っています 記憶から 大抵自動的に物事を遂行できます このことが私たちを活動し 思考する生物たらしめています

以上のことを オタクな私たち大学研究者達は研究します ラットやサルといった 動物の脳 あるいはこちらの興味深い生き物 地球上で最も奇抜な形をした生き物の脳が 技能や能力を学習するところを研究します 私たちは新たな技能や能力が習得されるときの 変化を調べようとします それをあらゆる年齢 あらゆる種の 個体で調べます つまり幼児から 成人 そして老人もです 例えばラットに 新しい技能や能力を習得させます 四肢を使って 物を掴む行動などです それは人間の子供が 下位技能の習得や 読書ができるようになるといった 全般的能力の習得を調べるのと同様です あるいは楽譜を読む能力や 楽器演奏に適応される 無意識の動きと関連した 複雑な能力を習得した より年を経た人間も調べます

以上のような研究から 私たちは脳の二つの重要な時期を見出しました 一つ目の重要な時期は一般的に「臨界期」と呼ばれています この時期に脳は その初期形態 その基本的な処理機構を作り上げます この時期には 学習自体は伴いませんが 脳の機構の初期分化を促す劇的な変化があります 例えば音の領域では 音に曝されることが全てです 実際 脳は自身が過ごす音環境の なすがままです 例えば動物を 無意味な音がする環境で育てるとします 私が作った無意味な音でです 音は 曝すだけで人為的に 動物とその脳にとって重要なものにできます そしてその脳を調べると 曝された音を組織的で秩序だって 表現されるよう処理する為に 可能な限り理想的な形に変化します 用いる音はその動物にとって価値のあるものである必要はありません 例えば子供の母国語の音を シミュレートした音など 価値があるかもしれない音を曝して動物を育てることもできます そうすると脳はそれに特化した処理能力を発達させます 音の複雑な配列 そしてレパートリーに特化したものにです 多次元的なニューロンの表現といった観点で 音の分離が強調されるようにします

あるいは全く無意味で有害な音に曝して 動物を育てることもできます 赤ん坊をある程度うるさいファンの 持続的な音がする環境に置くのと 同等の条件で動物を育てます そうすると脳は その無意味な音の処理に特化します それは結果的にその脳の 意味のある音を処理する能力を阻害します このようなことは 幼児で実際に起こります このような変化によって例えば 正常に発達している幼児において 見事に言語処理能力が形成されます また同時に 多くの幼児において 成長したときに 言語能力に問題があることの 原因にもなっています

可塑性が特に機能する早期には 脳は学習の文脈とは無関係に変化していきます 聞こえているものに注意を払う必要はありません それが意味のある音である必要もありません 行動の文脈と無関係でも構いません この発達過程は脳が処理能力を作り上げるためです 脳が別々に そして選択的に 作動できるようになるためです その脳を持つものが 選択的に作業できるようになるためです 二つ目の重要な時期 それは人生のほぼ全ての時間ですが この時期に脳は幅広い技能や能力を習得するにつれて その機構を洗練していきます そしてこの時期 生まれてそこそこから死ぬまでの時期には 行動の制御下でそれはなされていきます つまり 脳は入力される信号の 重要性を判断する戦略を持っているのです 特定の注意制御の元 数々の技能 数々の能力に取り組みます それは行動で目標を達成するか あるいは行動で個人が強化されるといった機能です これは非常に強力です 生涯にわたる可塑性と脳の変化の許容量が 力強く示されています これは私たちの本当の個人差の 基礎なのです 特定の技能に取り組んでいる 動物の脳を調べると さまざまなレベルでこの変化を記述できます

例えばこんな実験があります マルセイユのプロバンス大学の科学者と共同で 5年前に行われた 実験です 非常に簡単な実験で 子供がスプーンを扱うことを学習するのと 同等の難易度で サルに道具の扱いを学習させる実験です サルは約700試行で その課題をできるようになりました 最初は全くできませんでした 成功率は 8 回中 1 回程度で 成功した試行はどれも凝ったものでした どの試行も他の試行とはやり方が異なっていました そしてサルは急速にやりかたを確立し 700試行あたりになると 決して失敗せず 完璧にこなせるようになりました このサルは道具を使っていつも食べ物を取ることができるようになりました ここまでくると作業は 美しいまでに一定の方法でこなされます 試行間で常に一定に行われます

このサルの脳を調べてみると 変容していることが分かります そういった変化の過程を さまざまな行動において見ることができました 脳の変容は 手のひらと対応しているマップに表れていました こちらは脳表面のマップで 非常に精巧な実験を行い 体の部位と ニューロンの反応の対応を細かく調べました このマップを見ると 脳内で手がどのように表現されているか分かります このマップを訓練によって変容させました その部分がピンク色で示されています 指先に対応している領域が拡大しています この領域はサルが道具を扱うのに使っています 猿の大脳皮質での 反応の選択性を見てみると 使っている指先が関わっている 皮膚からの感覚入力の フィルターが変化していることが分かります つまりこの最も組織化された体の表面に 対応している領域において 指先は一つのシンプルな対応で表現されているのです これはサルでもヒトでも同じです それにも関わらず より緻密な対応ができています それらの領域からサルはより詳細な情報を得ています この点がおそらく皆さんが知らず そして思いもつかない 技能や能力習得のポイントです

私たちはこの作業を学習するサルの さまざまな脳部位を見てきています それらは全て技能や能力に合わせて 変化しています 例えばサルの姿勢制御を表している 皮質部位を見てみましょう 特定の動きやその行動に関わる 一連の動きを 制御している部位を皮質部位を見てみます そこは全部再構築されています 取り組んでいる作業に特化しています 一つの単純な技能を学習するときに 15 か 20 の皮質部位が変化しています それは脳内に膨大な変化として表れます 脳内の千万 もしかすると一億もの ニューロンの反応の 変化として表れます 一億 もしかすると十億もの シナプス結合の 変化として表れます この変化は物理的なものであり その度合いは莫大です 運動全般を学習していく子供の あるいは母国語を学習していく子供の 脳で起こる変化について考えてみてください 莫大な変化となります

これは要するに 脳にとって重要な刺激の 選択的表現です なぜなら脳の活動期間の大半で 学習は行動的文脈の支配下にあるからです 全ては何に注意を向けるか 何が快か そして 何があなたにとって重要で良いものだと 脳が判断するかです 全ては大脳皮質の処理と 前脳の専門化です それがあなたの専門の根底をなします それが多くの技能と能力を持つあなたが ユニークな専門家である理由です 百年前の人間の脳に比べ あらゆる点で物理的に大きく異なる 専門家です 一千年前の平均的な人間に比べ 脳に莫大な違いを持つ専門家です さて この変化の過程の 特徴の一つは 情報が常に文脈の中で 他の刺激や情報と関連しているということです これは脳が短時間の内で関連している 情報を取り入れ 構築しているためです そして時間の流れの中でそれぞれが関連するためです 脳は全ての情報を記録し 全ての変化を 一時的な文脈の中で行います あなたの脳内で圧倒的に強力な文脈は あなた自身です あなた自身がこれまでの人生の中で 無数の経験を 経験者として 実行者として 考える者として 動く者としてしてきました 小さな無数の感覚が 体から流れてきて それは常に経験者であるあなたと結び付けられてきました そしてそれが あなたとして具現化しました あなたとあなたの自己は そういった無数の出来事によって構築されました 構築されたのです 脳内で創造されたのです そしてそれは脳の物理的変化を通じて創造されました 見事に構築され それが個人を創ります これはわたしたち皆が大きく異なる歴史を持つためです そして大きく異なる経験が 自己の そして人間性の 見事な分化を生みます

この研究を利用して 正常な人間の発達や 技能と能力の習得だけでなく 障害の原因や 子供と成人における 能力の制限に関する差異や多様性の 原因を究明しようとしています この研究成果を利用した 脳の可塑性をベースに 子供の機構を修正し 発話能力や独自能力などの 能力を向上させる手法のデザインについて お話しします この脳科学を実際に利用した 実験を紹介します まずは老化に伴う機能低下の改善にどう寄与するか 次にターゲット手法として用いて 老年者の機能回復のために 機構の解明をしていきます

最初に紹介するのは 学習障害を持つ子供に関するお話です 幼年期に言語に問題があり 読み取りの学習に苦労する子供の 大多数にある根本的な問題は 彼らの言語プロセッサーが適切に動作しない形で 作られているためであることを示す 大量の研究データが 今日までに得られています そして言語プロセッサーが壊れてしまったのは 幼年期の脳において 機械処理に雑音が多かったためです 単純な理由です これは信号とノイズの問題なのです そこにはたくさんの原因があります 原因となる 数々の遺伝的欠点もあります このノイズ問題は 耳から入ってくる 情報によっても起こりえます

みなさんの中で高齢の方はご存じかと思いますが わたしが子供の頃は 口蓋裂を持って生まれた子供は 精神遅滞をもっていることを知っていました 彼らは知覚的に鈍いことを知っていました 正常な言語能力の発達が困難なことを知っていました そして読み取りの学習も困難であることを知っていました 彼らのほとんどが知的障害者になりました それもなくなりました もうそんなことはありません あの遺伝的脆弱性 遺伝的条件は 消えて無くなりました 今ではそんな話は聞きません どうなったのでしょうか これはオランダの手術医によって 35年前解明されました 問題を早期に解決すれば 可塑性がある期間 臨界期の始動期間に 脳はその機構を適切に構築し そんな問題は無くなります 口蓋裂の手術はどういったものでしょう? 基本的には 中耳の管を開いて そこの液体を吸い取ります 液体によってその子が聞く全ての音は妨害されます 音質が劣化します そういった場合 その子の母国語は英語ではありません 日本語でもありません それは防音された英語であり 音質劣化した日本語であり それはゴミです そして脳がそれに特化します ゴミ語の表現を脳が作り 子供はそれから離れられなくなります

そうなるとゴミは耳だけで生じるものではなくなります 脳でもゴミが生じるようになります 脳自体が常に雑音まみれになります さらに それを悪化させる遺伝的要因も存在します そのような脳を持つ子供の母国語は 劣化します それは英語ではありません 雑音英語です 言葉の音の表現不良が起こります 異なる空間定数を持つ脳の 正常でない方法で言語処理が行われます そのような子供の脳を調べ その空間定数を記録することができます それは約一桁長く 平均より持続時間が11倍 正常の子供より長いです 空間定数は約3倍です そのような子供は言語領域で 記憶と認知の問題を抱えるようになります 当然です 言語を経験するにあたり 彼らはそれを経験し 表現します そして情報としてはそれはゴミを表現しているのです 彼らの読字技能は悪いでしょう なぜなら読字は言葉の音を つづり あるいは視覚的に表現される形への 変換に依存しているからです 言葉の音に関する脳内での表現がなければ 変換も意味を持ちません そして彼らはそれに対応した異常な神経を発達させます

その後も彼らは 言語の扱い そして 読字の扱いに関する神経を発達させていき -- わたしたちはそれを記録します 重要なのはこうした状態の脳を訓練できるということです その考え方とは 機構を変えることで 処理キャパシティーを再調整できるということです あらゆる点で変えていきます それには平均して30時間かかります わたしたちは今日までに 430,000 人の子供たちでそれを成し遂げました こうして喋っている間にも約 15,000 人の子供たちが訓練に参加しています その効果は莫大です

こちらは通常分布です ここで注目するのは分布の左側にいる子供たちです 約 3,000 人います この子供たちのほとんどが分布の左側から 中央あるいは右側へ移ります この分布は広範囲にわたる言語能力評価におけるものです 言語の IQ テストのようなものです その効果はもしアメリカの子供全員を訓練したとしたら 分布全体が右側へシフトし 狭まるでしょう これは非常に大きな効果です

国語の授業を受ける子供たちのことを考えてみてください そのクラスで遅れている子供たちのことを考えてみてください わたしたちはそういった子供たちのほとんどを 分布の中央ないし右側へ移す力があります 正確な言語訓練に加え 記憶や認知能力 流暢さや構成力も訓練されます そして言語に依存している重要な技能も訓練できます それは読字です 脳を広範囲にわたって修正します スタンフォード MIT UCSF UCLA その他いくつもの科学者が考案した課題における 子供の脳を調べることができます さまざまな言語活動や 読字の作業をしている子供たちにおいて 大部分の子供たちの ニューロン反応が 訓練前は以上だったものが ほとんど正常に戻ります

さて この手法は そのまま加齢における問題に用いることができます ここでも脳の機構の劣化が見られ 有能な機構は悪化の一途を辿ります 脳内ではノイズが増加していっています 学習の調整や制御が劣化していっています そうした個人の脳を調べてみると 言語を表現している脳領域で 時間定数と空間定数に変化が見られます 初めに混沌から抜け出してきた脳は 再び混沌の中へと戻ってしまいます その結果 記憶 認知 姿勢 機敏さの能力が低下します ところがそういった個人の脳は訓練でき そのうちの少数ではありますが 約 30 時間で集中力のある脳に訓練できます これは 80 歳から 90 歳の方のお話です

こちらのグラフは瞬間記憶の大幅な向上 時間をおいたときの想起力や 注意の制御 言語能力 そして視覚能力や空間能力の向上を示すものです 訓練を受けたこの集団の 全体的な神経心理学的指標は 二つの標準偏差に分かれます つまり分布の左側にいる人の 神経心理学的能力を調べたとき 平均的な人は分布の中央ないし 右側へと移るということです つまり老人ぼけの危険がある人のほとんどは 現在は事実上 保障されている立場にあります

わたしの課題はより大勢の 高齢者を手助けすることです なぜならそれは可能だと思うからです それも大規模にです 子供についても同様です わたしの主な関心はこの研究成果を他の疾患にも活かすことです 特に自閉症や麻痺など 子供の大きな問題に関心があります 高齢者ではパーキンソン病 それ以外では統合失調症などの後天的な障害に関心があります

この研究に関連するところでは みなさんの課題はどのようにして自身の高機能な学習マシーンを維持するかです そしてもちろん 学習が永続的に役割を果たす きちんとした人生がカギです また頭の体操も必要になってきます 準備していてください そのうち 人生の一部になってきます 身体的な運動と同様に この時代ではきちんとした人生に必要なことです みなさんにとって重要なこの研究や科学を 別の形で考慮するならば それは自身をどう育てていくかということです みなさんは知りました みなさんそれぞれに責任があり みなさんの意志で対処できるのです 幸せ 健康 能力 才能 それらは変化し続けられると 改善し続けられると科学は示してくれました そしてみなさんが責任のある当事者なのです もちろん大勢がこのアドバイスを無視するでしょう その人たちは本当に理解するのはまだまだ先でしょう (笑い) それはまた別の問題であってわたしの責任ではありません では ありがとうございました (拍手)

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