脳が裂けると何が起こるのでしょうか?

意識はどこに存在するのでしょうか?

これは何千年もの間人類を悩ませてきた問題です。古代、私たちの祖先は意識は心の中に存在すると信じていました。これは、私たちが学んだ古代の詩からもわかります。例えば、李白は「私は悲しみの心を明るい月に送り、あなたを追って夜朗の西へ行きます」と書いています。悲しみが存在する場所は心であり、他のどこにもありません。

しかし、科学、特に解剖学の発展により、心臓は血液を送り出す単なる筋肉であり、私たちの意識は脳に保存されているはずだということが発見されました。しかし、脳は非常に複雑なので、解剖学は脳を研究するのにあまり役立ちません。脳科学が急速に発展し、脳の謎が徐々に解明され始めたのは、現代の脳波計や脳手術などの技術が成熟してからのことでした。

パート1

脳は脳と同じではない

脳（出典：Wikipedia）

脳は人間の神経系の中心器官であり、脊髄とともに人間の中枢神経系を構成します。脳は、大脳、小脳、脳幹の 3 つの部分から構成されています。

大脳は人間の脳の最大の部分であり、私たちの意識の源です。小脳は運動の開始、計画、調整に影響を及ぼし、主に体のバランスを維持する役割を果たします。脳幹は、心拍や呼吸など、さまざまな生命活動を制御する中枢です。これらの活動は脳幹によって自律的に維持されているため、昏睡状態や睡眠中であっても、呼吸や心拍を忘れることはありません。このため、息を止めて昏睡状態に陥っても、脳幹が自動的に呼吸の制御を引き継ぎ、呼吸を再開できるため、人は息を止めて窒息死することはありません。

小脳と脳幹は脳よりも基本的な生命活動にとってさらに重要ですが、たとえば植物人間の脳は基本的に機能しなくなりますが、脳幹だけはまだ基本的な生命兆候を維持することができます。脳幹の機能が停止すると、患者は脳死、つまり医学的に死亡したと宣告されます。しかし、私たちの意識の生成は脳にのみ関係しています。脳のさまざまな領域が、私たちの性格、感情、記憶、手足の動きなどを制御します。

脳の構造（出典：百度百科事典）

これらの結論はどのようにして得られたのでしょうか?脳の機能と魔法を理解するために、脳科学と医療外科における 2 つの「暗い歴史」を紹介しましょう。

パート2

大脳皮質：意識の物質的基盤

大脳皮質は、その名前が示すように、脳の表面にある灰白質です。私たちは皆、「脳の表面に溝が多いほど、その人は賢い」という格言を聞いたことがあるでしょう。この発言には科学的根拠がある。大脳皮質は人体の思考器官であり、高次神経活動の物質的基盤です。脳の表面は凹凸があり、大脳皮質の面積が広くなっています。大脳皮質の面積が大きいほど、その人は賢いとされます。

構造的には、大脳皮質は前頭葉や頭頂葉などの脳領域を持つ 2 つの半球に分かれています。脳の領域によって役割が異なります。たとえば、後頭葉は視覚情報の受信を担い、頭頂葉は運動命令と身体知覚を処理し、聴覚情報は側頭葉によって処理されます。

1. 脳外科手術の「黒魔術」：ロボトミー

前頭葉は脳の最も発達した部分であり、25 歳まで成熟しません。これには一次運動野、運動前野、前頭葉が含まれます。前頭葉は、額の後ろにある大脳皮質の一部である中心溝の前にあります。脳は思考、計算、個人の感情を司り、活動を確固たる意図や動機に従わせる役割を担っています。

脳の分割 (出典: Sebastian023、CC BY-SA 3.0、https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=21020857)

前頭葉の重要な機能に基づき、人間の高次認知機能の基礎となると考えられています。しかし、これを実現するために私たちは多大な犠牲を払いました。

1935年、モニスは精神病患者を治療するために、患者の前頭葉にアルコールを注射して神経細胞を死滅させ、患者の前頭葉と他の脳領域とのつながりを切断した。手術後、患者は基本的に以前のような狂気、興奮、憂鬱などの行動がなくなり、深刻な後遺症も残りませんでした。モニスがこの手術法を発表した後、多くの医師もこの手術法を試し、有望な結果が得られました。そのため、モニスは急いで「前頭葉切除術は単純かつ安全な手術であり、精神障害を効果的に治療できる外科手術である可能性が高い」と結論付けた。モズレーはこの研究により1949年のノーベル生理学・医学賞も受賞した。

しかし悪夢が始まった。

1945 年、フリーマン博士は前頭葉切除術のための簡単で迅速な手術法、「アイスコーン療法」を発明しました。これは、小さなハンマーを使用して眼窩から脳にアイスコーンを突き刺し、その後アイスコーンをかき混ぜて前頭葉と他の部分とのつながりを切断するというものです。この方法の利点、あるいは欠点は、操作が非常に簡単で、十分な消毒も必要ないことです。小さなクリニックでも実施可能です。

操作が簡単で技術的な難易度が低いため、乱用されることがあります。人々はこれを重度の精神病患者の「治療」に使うだけでなく、あらゆる行動関連の「病気」の「治療」にも使います。日本では、子供がいたずらをしたり成績が悪かったりしたというだけの理由で、アイスピックで子供の脳を突き刺す人もいます。

アイスコーン療法（出典：百度百科事典）

前頭ロボトミー手術の後遺症は 1950 年代に広く報告され始めました。前頭ロボトミー手術を受けた患者は精神症状は軽減したものの、高次の思考活動は破壊された。彼らは歩く死者のように、退屈で他人の言いなりになっているように見えました。

1950年代から1970年代にかけて、人間の高次認知能力における前頭葉の機能が発見されるにつれて、ロボトミー手術は段階的に廃止され、脳科学はついに歴史上最も暗いページをめくった。

2. 左と右のゲーム：「分割脳」実験

大脳には2つの半球があり、それらは脳梁と呼ばれる構造によって接続されています。脳梁が切断されると、左脳と右脳のつながりが断たれ、「分離脳症」と呼ばれる状態になります。脳梁切断術は重度のてんかんの治療に使用されます。てんかんとは脳内の異常放電であることは知られています。脳梁を切断すると、両大脳半球間の電流の拡散を防ぎ、てんかん発作の頻度を減らし、症状を緩和することができます。

左脳と右脳の間の情報伝達が完全に遮断された人は、脳科学者が脳の機能と意識の発生を研究するための優れた実験対象であることは間違いありません。 1962年から、スペリー医師とガザニガ医師は、手術で脳梁を切断したてんかん患者4人を対象に、有名な分離脳実験を行った。実験は主に視覚、触覚、聴覚の3つの側面に焦点を当てました。

右脳は視線の左側の視野にのみ焦点を合わせることができますが、左脳はその逆です。実験チームはこの点を応用して視覚実験を設計しました。

視神経信号伝達経路（出典：https://ignostudies.hypotheses.org/5280）

実験では、実験者は被験者の右視野に「FACE」という単語を素早く表示し、被験者は見た単語を正確に言うことができました。しかし、被験者の左視野に単語が素早く現れたとき、彼らは何も見えなかったと答えたが、見たものを描くように言われたとき、彼らは顔を描いた。

この実験は、3 つの重要なメッセージを示しています。

1. 左脳と右脳の両方が画像とテキスト情報を認識できます。これは理解しやすいですね。実験では、私たちが与えた「FACE」という単語に左脳と右脳の両方が反応することができました。

2. 言語中枢は左脳にあります。なぜなら、上の写真のように、スクリーンの片側に「FACE」という文字を映し出すと、「FACE」という視覚情報が脳の反対側の半分に伝達されるからです。しかし、このとき脳梁が切断されているため、左脳と右脳のつながりが失われ、情報は現在の脳の半分に残ることになります。この脳の半分は自身の機能のみを呼び出すことができ、脳のもう半分の機能を借りることはできません。そのため、単語がスクリーンの右側に投影されると、被験者はその名詞を言うことができました。しかし、それがスクリーンの左側に投影されたとき、被験者は「何も見えませんでした」としか言えませんでした。この現象は、左脳だけに言語中枢があることを示しています。

3. 右脳は行動を通じて自分自身を表現することができます。実験では、右脳が左手を制御して「FACE」という単語を書くことができ、右脳に運動中枢があり、手足の動作を制御して表現できることがわかりました。

触覚と聴覚に関する実験でも、これら 3 つの点が確認されています。例えば、触覚実験では、右手で物体に触れると、被験者は手に取ったものを言うことができます。左手が物体に触れると、被験者は何も受け取っていないと言いますが、左手で受け取った物体を書き留めることができます。聴覚実験でも同じ結果が見られ、右手と左手の両方が音刺激に反応することができました。

その後の実験では、右脳でも感情を表現できることも発見され、右脳にも高度な思考機能があることが分かりました。では、脳の左半球と右半球にはそれぞれ独自の特質があるのでしょうか、それとも本質的には同じなのでしょうか?

答えは前者です。被験者がそれぞれ左手と右手で立体図形を描く描画実験を通じて、右脳の方が空間処理能力が強いことが研究で分かった。

空間関係や形状に関わる視覚タスクでは、下の図に示すように、左手の方が立体的な絵を写すのに優れています。

被験者の模倣画の結果（左、中、右の列はそれぞれ元の絵、左の絵、右の絵）（出典：Wikipedia）

ビルディングブロック実験もこの点を説明しています。被験者の左手は、必要な形にブロックをうまく組み立てることができます。しかし、右手はどうやってもうまくできませんでした。右手でぎこちなく積み木を置いていると、左手が「手伝う」ためについつい手を上げてしまいます。

これらの実験はすべて、2 つの分離された大脳半球がそれぞれ独立した意識領域を持ち、脳の各半分が独立した高度な心理機能を持っていることを示しています。しかし、2 つの半球は同等ではありません。それぞれに長所があります。

パート3

脳科学の視点: USB ポートを備えた人間の脳?

脳科学は今も急速に発展しており、SF映画でしか見られないシーンを現実のものに変えつつあります。

脳コンピューターインターフェース、おそらくこの言葉を聞いたことがあるでしょう。脳コンピューターインターフェース技術により、脳内で情報を直接入出力することが可能になります。この技術はどれくらいSF的なのでしょうか?ベッドに横たわりながら「本物の」3D映画を体験したり、頭の中のイメージをそのままスクリーンに映し出したりできる... こうした素晴らしい技術が近い将来登場するかもしれません。

実際、Facebook はカリフォルニア大学サンフランシスコ校のチームと協力して、新しい非侵襲性の脳コンピューターインターフェースデバイスの開発に取り組んでおり、有望な結果を達成しています。この装置は赤外線を使って外部からの脳信号を受信し、ユーザーが考えている言葉を直接読み取ることができます。さらなる研究と改良により、この技術は将来、話すことができない人や言語能力の一部を失った人が他の人とより良くコミュニケーションをとるのに役立つでしょう。

これらに加え、脳科学、コンピュータ、人工知能などの分野も相互に推進し合っています。人工頭脳、強力な人工知能...ますます多くの技術が発明され、ますます多くのアイデアが提案され、ますます多くのSFが現実のものになっています。私たちはまだ脳の探究の途上にいます。

制作：中国科学普及協会

プロデューサー：Zhiyao

制作者: 中国科学院コンピュータネットワーク情報センター

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