予測不可能性に驚いた感情の神経科学

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• 脳波周波数は予測可能なものを軽視し、予測不可能性を強調します
• 驚きは瞳孔を広げ、ドーパミン関連の脳領域を活性化し、長期記憶を後押しします

過去1年間で、多数 今日の心理学 ブログ投稿（ここ、ここ、ここ）と数え切れないほどのミームが、1993年の映画でのビル・マーレイの窮状のレンズを通して、COVID-19検疫と在宅勧告の間の日常生活の予測可能な単調さを組み立てました。 マーモットの日 。確かに、あなたは驚きをもたらさない騒々しい日常の予測可能性に伴う気が遠くなるような退屈を経験しました。

すべてが「グラウンドホッグデー」の方法で予測可能になったときと、脳が予期しない何かに驚いたときとでは、脳内で何が起こっているのでしょうか。 2つの新しい（そして非常に異なる）研究がこの質問に答えるのに役立ちます。

脳波周波数は予測可能なものを軽視し、予測不可能性を強調します

MITの神経科学者が主導した最初の研究（Bastos et al。、2020）は、さまざまな脳波周波数のフィードフォワードとフィードバックフローにより、脳が驚くべきことにスポットライトを当て、予測可能なものを軽視する方法を示しています。サルでのこの研究は、予測可能性と予測不可能性が特定の脳波リズムと「予測ルーティング」に反映されている可能性があることを示唆しています。これらの調査結果は11月23日に公開されました 国立科学アカデミーの議事録 .

人間と人間以外の霊長類の脳は、新しい刺激がないか環境を継続的にスキャンし、予測から逸脱する感覚入力（つまり、予測エラー）をすばやく特定します。これがどのように機能するかを正確に特定するために、ピコワー学習記憶研究所のアールミラーズラボのMIT研究者は、刺激の予測可能性を変えながら、サルにワーキングメモリタスクを実行させました。同時に、さまざまな皮質領域の神経スパイクと振動が記録されました。

研究者は、「予測可能性が、視覚刺激を処理するために使用されるフィードフォワード/フィードバックフロー、皮質層、および振動のパターンを変調した」ことを発見しました。

より具体的には、Bastos etal。予測可能性は、刺激処理中に監視したすべての皮質領域でアルファ（8〜14 Hz）またはベータ（15〜30 Hz）の脳波パワーを強化することを発見しました。反対に、予測不可能な刺激は、「スパイクと、表層皮質を介して皮質階層を前方に送り出すガンマバンド（40〜90 Hz）の電力/接続性の増加に関連していました」。これらの発見は、彼らが「予測ルーティング」と呼ぶ新しい理論的フレームワークの造語につながりました。

「私たちの結果は、刺激の予測可能性に関連するトップダウンとボトムアップの処理のための階層層と周波数固有のフレームワークを示唆しています。予測ルーティングと呼ばれるフレームワークで結果を解釈します」と著者は説明します。 「まとめると、これらの結果は、予測コーディングが、予測を示し、それらの予測に一致する感覚経路の表層ガンマとスパイクを阻害する、深い皮質層の低周波リズム間のリズム相互作用から生じる可能性があることを示唆しています。」

「この新しいモデルの重要な要素は、予測可能な情報を運ぶ情報フローのルートを選択的に禁止することによって予測を達成できることです」と、筆頭著者のアンドレ・バストスはニュースリリースで述べています。

「私たちの論文は、予測と現実の間の不一致を検出するための特別な回路がなくても、予測コーディングが機能することを示しています」と上級著者のアール・ミラーは付け加えました。 「ベータとガンマの間のこれらの相互作用は皮質全体で起こっています。そしてそれは一般的ではありません—それは特定の刺激の処理を対象としています。」

驚きは瞳孔を広げ、ドーパミン関連の脳領域を活性化し、長期記憶を後押しします

プリンストン大学の神経科学者による2番目の最近の驚き対予測可能性研究（Antony et al。、2020）は、驚きが瞳孔散瞳、皮質下ドーパミン関連脳領域の活性化、強化学習などによって指標付けされた独特の神経サインとどのように関連しているかを示しています鮮やかな長期記憶。これらの調査結果は、11月25日にジャーナルに掲載されました。 ニューロン .

「世界の出来事が展開するにつれて、脳は次に何が起こるかについての予測を迅速に調整します。もちろん、私たちの予測は常に正しいとは限りません。そして、それらが不正確な場合、私たちはしばしば驚き（つまり、署名されていない予測エラー）を経験します。」著者は説明します。 「驚きは、学習と記憶、世界の構造に関する私たちの信念の更新、そして継続的な時間の流れの中での出来事の境界を定めるために重要であると理論づけられています。」

この調査では、筆頭著者のJamesAntonyと彼のPrincetonNeuroscience Instituteの同僚が、2012年の9つの異なるNCAAマーチマッドネスゲームの最後の5分間を各自が見たときに、20人の自己識別バスケットボールファンを観察することで、驚きの神経サインを調査しました。研究参加者（主に学部生）が演劇を見たり、何を期待するかを知らなかった可能性を高めるために選択されました。

参加者が各バスケットボールの試合のフィナーレを見ている間、神経活動はfMRIを介して監視され、瞳孔の直径は視線追跡技術を使用して測定されました。

「スポーツ観戦は、イベントの認識と予測の優れたパラダイムです。これらの予測は定量化できるからです」と、アントニーはニュースリリースで述べています。 「また、スポーツは生存には関係ありませんが、興奮と社会的絆の観点から、人間の深い性質を利用しています。」

驚きはまた、主観的な楽しみと報酬の感覚と相関しています。 「カジュアルなファンは通常、退屈と戦うために不確実性と驚きの高いゲームを好みます。多くの状況で、イベントが完全に予測できない場合、被験者はタスクが退屈ではないと感じます」と著者は述べています。 「さらに、人々は通常、生存に役立つ結果についての確実性を好みますが、物語、音楽、スポーツなどの非楽器情報のあるドメインでは、人々は期待の違反を好む傾向があり、驚きはしばしばやりがいのある感情であることを示唆しています経験。"

驚きの瞬間に、研究者たちは、瞳孔散瞳を伴う前頭前野の顕著な脳活動の変化を観察しました。これは、ドーパミン関連の報酬センターでの活動の急増を示しています。

「同様の潜在的な信念の状態が、フィクション、映画、ニュースなど、他のドメインの現実世界の出来事に対する人々の反応の根底にあると推測しています。人々は、ニュース速報や突然の物語の揺れに驚いたことに比例して大喜び（または失望）します。そして、多くの紆余曲折を伴う刺激的な形式のメディアを消費する可能性が高い」と語った。結論。 「さらに、人々の最も長く続く記憶は、信念が大幅に変化するまさにその瞬間に形成されます。将来の研究では、定量化可能な潜在変数を使用して自然主義的な刺激を活用し、絶えず変化する世界に人間がどのように反応するかを調査する必要があります。」

James W. Antony、Thomas H. Hartshorne、Ken Pomeroy、Todd M. Gureckis、Uri Hasson、Samuel D. McDougle、Kenneth A. Norman 「自然主義的なスポーツ観戦中の驚きの行動的、生理学的、および神経的特徴。」 ニューロン （初版：2020年11月25日）DOI：10.1016 / j.neuron.2020.10.029