手と舌の間に隠された脳のつながり

https://www.quantamagazine.org/the-hidden-brain-connections-between-our-hands-and-tongues-20230828/

量子化コラム
私たちの手と舌の間に隠された脳のつながり
著
R. ドグラス・フィールズ
2023年8月28日

手で繊細な作業をしながら舌を出すことで、進化の歴史的な関係が明らかになる。
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ジェームス・オブライエン、『Quanta』誌に寄稿
はじめに
ある日、ボタンを縫うために針に糸を通していると、舌が出ていることに気づいた。後日、写真を注意深く切り抜いているときにも同じことが起こった。そしてまた別の日、家の窓枠をペンキで塗るために梯子に不安定に腰掛けていると、また舌が出てきた！

どうしたんだ？わざと舌を出しているわけでもないのに、なぜ舌が出てくるのだろう？結局のところ、あの万能な舌の筋肉が私の手のコントロールと関係があるようには思えない。そうだろう？

しかし、私が学んだように、私たちの舌と手の動きは無意識のレベルで密接に関連している。この奇妙な相互作用の深い進化的ルーツは、私たちの脳が意識的な努力なしに機能することの説明にさえ役立っている。

精密な手の動きをするときに舌を出すのは、運動オーバーフローと呼ばれるものである。理論的には、針に糸を通す（あるいは他の細かい運動をする）のに非常に多くの認知的努力が必要なため、脳の回路が振り回され、隣接する回路に影響を及ぼし、不適切に活性化されるというものだ。神経損傷後や、自分の体をコントロールすることを学ぶ幼児期に、運動のオーバーフローが起こりうるのは確かだ。しかし、「脳の帯域幅が限られている」という説明を信じるには、私たちの脳をあまりにも尊敬しすぎている。では、この奇妙な手と口のクロストークは、実際にはどのようにして起こるのだろうか？

量子化コラム
一流の研究者が発見のプロセスを探る連載コラム。今月のコラムニスト、R・ダグラス・フィールズは、脳の発達と可塑性の細胞メカニズムを研究する神経科学者である。

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舌と手のコントロールの神経解剖学的構造をたどって、ショートサーキットが起こりそうな場所を突き止めると、まず、この2つはまったく異なる神経によってコントロールされていることがわかる。これは理にかなっている： 脊髄損傷で手が麻痺しても、話す能力は失われない。舌は脳神経によってコントロールされているが、手は脊髄神経によってコントロールされているからだ。

これらは根本的に異なる種類の神経である。脳神経は小さな穴から頭蓋骨を貫通し、脳に直接つながっている。それぞれが特定の感覚や運動機能を担っている。例えば、第1脳神経は嗅覚を伝える。舌は舌下神経と呼ばれる第12脳神経によってコントロールされている。対照的に、手の動きを制御する筋肉は、体内の他の筋肉と同様、脊髄から伸びる神経から指示を受け、椎骨の間を通り抜ける。感覚信号は逆の経路をたどる。舌と手をコントロールする回路が短絡しているのは、明らかに、この2つの神経の上流、脳内のどこかで起こっているに違いない。

次に脳の運動皮質の神経配線を見ると、舌を制御する領域は指を制御する領域とは隣接していないことがわかる。したがって、舌と手の間のリンクは脳のどこか別の場所にあるはずで、おそらく複雑な神経回路が高度に洗練された機能を実行する領域にあるのだろう。結局のところ、人間が行うことのできる最も高度な機能のひとつは音声である。その次に高度なのは、道具を使いこなすことである。注目すべきは、私が舌を出していたさまざまな場面で、私は針、はさみ、絵筆といった道具を使っていたことだ。

この関係は、手と口の動きが緊密に連動していることを示す研究結果からも裏付けられる。実際、その相互作用はしばしばパフォーマンスを向上させる。武道家は、空手では気合と呼ばれる短い爆発的な声を出しながら突き技を繰り出し、テニス選手はボールを叩きながらよく声を出す。また、手の動きと口の動きを連動させることで、両方の動作に必要な反応時間が短縮されるという研究結果もある。このような神経結合は生まれつきのものであるため、通常、私たちはそれに気づかない。しかし、私たちが意識することなく絶えずこのような動作をしているのは、関係する神経回路が脳の自動的な働きをする領域にあるためである。

手の動きには一般的に2つの形態がある： 握りこぶしを開いたり閉じたりするパワーグリップ運動と、親指と人差し指の間を繊細につまむ精密な手の運動である。この2種類の手の動きは、しばしば異なる舌や口の動きを伴うことが分かっている。例えば、ロック歌手の故ジョー・コッカーは、パフォーマンス中のワイルドな腕や手のジェスチャーで有名だった。これらはエアギターとピアノのパントマイムであったこともあるが、コッカーはどちらの楽器も演奏しなかったので、手と口の自然な結びつきを反映していたのだろう。彼はしばしば、"aw "のような開母音を歌うときに舌を引っ込めると、開いた拳を握るような力強い動きを見せた。

ジョー・コッカーの手を開くジェスチャーは、舌を口の中に引っ込める "oh "の発声に伴う。

NTB/Alamy Stock Photo
イントロダクション
コッカーは "イー "という母音を歌うとき、舌を前に突き出し、右手（エア・ギターのネックに添えている-彼は左利きだった）は親指と指をつまむような精密な動きをする。

コッカーは舌を前に突き出す音節を歌うとき、親指と指を正確に握る。

Panther Media GmbH/Alamy Stock Photo
はじめに
私たちの敏感な指先や舌の触覚が、しばしば脳の中で連動し、パフォーマンスに影響を与えることが、過去10年間に研究者たちによって明らかにされてきた。コッカーのパフォーマンスと同じように、口を開ける音はグリップの力強い動きと関連付けられ、舌を前に出す発声は指先の細かい動きと関連付けられる。実際、『Psychological Research』誌に掲載される予定で研究が修正されている間に、プレプリントとして掲載された新しい研究によると、もしコッカーが手と口の動きを混ぜていたら、発声を失敗していた可能性が高いという。

新しい研究では、被験者が「ティ」または「カ」という2つの異なる音のいずれかを黙読または声に出して話し、研究者たちはパワーグリップまたは精密グリップ課題を行う際の反応時間を測定した。tih "という音を出すとき、舌先は前歯またはその近くに突き出す。一方、「カ」の音を出すときには舌は口の奥に引っ込み、パワーグリップの手の動きに対応する。被験者が手の動きと相容れない音を読んだり口に出したりすると、反応時間は明らかに遅くなった。これは、舌と手の協調が、脳の無意識の神経回路にいかに深く刻み込まれているかを示している。

この協調性はどこから来たのだろうか？おそらく、太古の祖先が手と口を使った摂食運動と言語の発達の中で生まれたのだろう。おそらく、手のジェスチャーが最初に進化したコミュニケーションのタイプであり、それが次第に適切な音節の発声、つまり口の音と混ざり合い、言語が可能になったのだろう。実際、脳機能イメージング研究によれば、舌と手の特定の動きは、脳の運動前野の同じ領域（F5領域）を活性化する。さらに、サルが口や手で物をつかむと、運動前野の同じニューロンが発火する。この同じ領域を電気刺激すると、サルの口が開きながら手を握る動作が誘発され、手が口に移動する。

道具の使用もこれらのニューロンを活性化させる。道具は、食べ物の準備や食事、コミュニケーション（鉛筆で正確な形をスケッチしたり、キーボードをタイプしたりすることなど）によく使われる。この発見は、言語と道具を使う運動スキルが神経ネットワーク上で部分的に重複していることと矛盾しない。ヒトの場合、脳の関連部位は発声に重要な部位に相当し、ヒトの神経画像研究では、発声に関連する脳領域と手の動きを制御する脳領域との間に密接な関係があることが示されている。

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これだけのつながりがあるのだから、手先が集中する瞬間に舌が出てしまうのも不思議ではない。私たちは脳を、情報の断片を取り込み、それを計算し、筋肉を制御して環境と相互作用するように設計された、洗練された機械だと考えがちだからだ。しかし、脳は細胞の集合体であり、人工的なシステムではない。複雑な世界で最大限に生存するために進化したのだ。その目的を効率的に達成するために、脳は何か間違っているように思えるような方法で機能を混在させているが、それにはちゃんとした理由がある。脳が舌や手の動きを音や感情と混在させるのは、経験を符号化し、複雑な動きを全体的な方法で実行するからである。

舌を歯と歯の間に突き出しているのを見つけたとき、私の脳には古くから根強く残っている配線があり、それが舌と手をコントロールしているのだ。もしあなたが同じことをしていることに気づいたら、恥ずかしがらずに、私たちの脳機能の驚くべき効率性を認識し、その助けに感謝しよう。

ByR. ダグラス・フィールズ
寄稿コラムニスト

2023年8月28日

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