脳科学と心理学（2）

脳波があらわす心の過程
北海道大学大学院教育学研究院 准教授

河西哲子（かさいてつこ）

Profile ─河西哲子
産業技術総合研究所特別研究員，北海道大学大学院教育学研究科助手を経て，2009 年より現職。専門は視覚心理学，認知心理生理学。著書は『基礎心理学入門』（分担執筆，培風館），『新編 感覚・知覚心理学ハンドブック Part2』（分担執筆，誠信書房）など。

はじめにナプスからの化学的または電気的入力が統合されて，1 個のニューロンから 10 余りの出力が他もしものうがなかったらのニューロンへと送られる。脳における基本的なにもかんがえない なにもしないなネットワークは興奮性ニューロンと抑制性のろぼっとがでんげんぎれみたいにニューロンの間の相互作用と，上行性，下行性，ずっとずっとおよび側方性の双方向の結合である。

この詩は，当時まだ小学校に上がる前，6 歳の発生は軸索が脳の中心を向く錐体細胞に由来だった娘が，寝入り端に突如として口走ったもし，多くの細胞集団における興奮性と抑制性ののである。何がきっかけかは分からない。思考シナプス後電位の総和により生じると仮定されや行為が脳に由来するということをいつの間にる。EEG リズムの生成機序は完全には明らか知ったのかと不思議に思いながら，慌てて起きでないが，皮質と視床のネットワークにおける上がって書き留めた。しかし，正確にはこう言相互作用が重要な働きをしている（Pizzagalli,うべきだろう。
「もしも脳波がなかったら……」

2007）。

そのような超複雑なシステムにおいて，脳波脳波は，頭皮上または皮質表面から脳電図頭皮上に張り付けた電極からの脳波の記録（electroencephalogram: EEG）として記録されは，非侵襲的で，比較的安価な脳機能測定法でる大まかな電場であり（図 1），脳を構成するある（図 2）。頭皮上で観察される脳波は，頭神経細胞（ニューロン）の集団の活動が同期し皮や骨，脳脊髄液，硬膜などを通して 99 パーて（位相が揃って）振動していることの現れでセント以上が減衰したもので，正常な脳波のある。脳があったとしても，それが生きて，リ振幅は大人では大きくても 50 μ V ほどである。

ズミカルに脳波を生じている状態でなければ，低い空間解像度とミリ秒単位の高い時間精度，思考や行為が起こることはない。

特にさまざまな周波数帯域での律動に関する豊では脳波で何がわかるのだろうか。脳波に関する研究は次々とレビュー論文が出ている段階で，蓄積されつつもまだ収束していない。本稿
では，基礎心理学で脳波を用いている者として，脳波が何を反映するかを考えてみたい。
脳と脳波
ヒトの大脳皮質にはおよそ百億のニューロンがあり，1 個のニューロンの樹状突起には他の細胞と接続する 1 万個ものシナプスがある。シ

図 1 頭皮上から記録された脳波の例。下に行くほど頭皮上の後方部。色のついた縦線は視覚刺激が提示されたタイミングを示す。開眼して課題を行っているが高振幅のα波が出現している（矢印）。

5富な情報を持つ点がユニークである。

ワークによる認知課題に関わる傾向がある。睡脳波リズムが睡眠―覚醒のサイクルと関わる眠時だけでなく瞑想時や記憶課題時にも観察さのはよく知られる。ヒトの脳波の最初の記録れるθ波は，記憶の検索と固定化が行われる際は，1929 年，精神科医ハンス・ベルガー（Hansの海馬領域と前頭皮質の協調に関わる。一方，Berger）による。自身の息子が目を閉じたと視知覚の意識体験や単純な単語問題の解決にきに生じた 1 秒間に波の 1 同期（山と谷）が 10伴って生じるガンマ波（γ波，約 40Hz を中心回（10Hz）程度で振動する波が，規則的な波とする 26 〜 70Hz）は，皮質領域間のコミュニ形の最初の観察であったためアルファ波（αケーションに関わる。ただしそれらは，注意や波）と呼ばれる。実際には，脳波は脳のさまざ認知的な状態，脳の異常や年齢などさまざまなまな場所に由来し，異なる帯域の周波数を含ん要因に依存する。

だ複雑な形状をしている（図 1）。その中でα波は 8 〜 12Hz の帯域の成分として定義される。

脳波と処理過程

音や光などさまざまな自然現象が異なるスケー

筆者が所属する北海道大学教育学部に脳波計ルの波で構成され，私たちの心の基盤もその例が導入されたのは，50 年余り前である。きっ外でないことは面白い。

かけは，言語や行為で内的状態を表現すること

脳波成分について概説書によりまとめるとができない重度の障害を持った子どもたちであ（Baars & Nicole, 2013），α波は安静時に後方り，科学的・客観的な精神的診断と処置の実現部でよく出現するが，深い安静や浅い睡眠時にへの願いであった。当時，大型の脳波計を，元はシータ波（θ波，3.5 〜 7.5Hz）が優勢になり，指導教員である諸冨隆先生たちが，医学部から深い眠りの際にはもっとも遅いデルタ波（δがらがらと運んできたのがはじまりと聞いてい波，4Hz 未満）が現れ，その振幅は外界への気る。手のひらサイズの多チャンネル脳波計があづきと逆の関係にある。一方，活動的で集中しり，コンピュータの処理速度と容量が大幅に向ているときや不安な思考があるときには，α波上した今日において，目標はどこまで達成されが減衰（脱同期）し，不規則で低振幅のベータたであろうか。

波（β波，12 〜 25Hz）が観察される。このように脳波は覚醒水準との関係が深い。

当初は学習の基礎機構を反映する指標としてα波が注目された（狩野 , 1971）。閉眼・安静

しかし異なるニューロン集団間の協調である時に出現するα波には，突然の光や音などの刺律動は認知処理にも関わる。基本的に遠い距離激に対して速やかに減衰するαブロッキングまにあるニューロン集団間の同期は比較的低い周

たは脱同期が生じる。同じ刺激を見続けると増波数帯域に関連し，広く分散した神経ネット加し新たな刺激には減衰する「馴れ」と「脱馴れ」も起こる。このような反応は先行する刺激の記憶なしには生じないので，学習の基礎的な仕組みの一つと捉えられる。しかしその後，研究室における主な生理指標は，特定の事象に対する皮質処理をより直接的に反映すると考えられる事象関連電位（event-related potential:ERP）へと移行して今日に至る。
ERP は一般的に，脳波を事象の生起時点に揃えて数十回以上の加算平均を行うことで，事図 2 （左）脳波実験のために電極を装着しているところ。
（右）実験の合間の休憩。課題遂行中の疲労や眠気が最小限になるように，十分な休憩を挟んでいる。

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象に連動していない脳波のプラス部分とマイナス部分を相殺して抽出される。
「生の」EEG には複数の周波数成分が混在し，信号処理技術を

脳科学と心理学（2）脳波があらわす心の過程要するのに対して（Pizzagalli, 2007），基本的行動反応にはなくても，ERP には見出す研究に平均化処理で算出できる ERP の簡便さと単は多い。

純さは，大きなメリットである。

た だ し ERP は 自 発 的 な EEG と 独 立 で は な視 覚 や 聴 覚， 触 覚 な ど 感 覚 刺 激 に 対 す る

く，さまざまな周波数帯域で起こる EEG の事

ERP は特に誘発電位と呼ばれ，通常，感覚入象関連律動（event-related oscillation）に由来力後数百ミリ秒以内に特徴的な複数の波を伴すると考えられている。自発的 EEG は発達にう（図 3）。脳の重要な役割の一つは外界の刺伴い全般に，遅い周波数帯域（δ，θ）が減少激にある曖昧性を解決することである。視覚のし，早い帯域（α，β）が増加するが，事象関場合，断片的・2 次元的な網膜像から，図地分連律動にも周波数帯域によって異なる発達的変離や知覚的群化，物体を単位とした注意選択と化がある（Yordanova & Kolev, 2008）。事象関

いった一連の過程が，速やかな認識と学習に不連律動の位相ずれが大きいほど加算平均された可欠である。それを実現する階層的な処理段階

ERP が過小評価されるので，ERP を発達や個に，視覚刺激の出現に対する一連の ERP は関人差の指標に用いるのには注意を要する。またわると考えられる（Kasai, Takeya & Tanaka,ERP が反映する処理過程の違いは，覚醒や動2015）。

機付けの状態によっても変わり得るので，持続一方で，意味や感情的判断，注意や予測など，さまざまな処理過程に関わる ERP 成分が，課的・自発的な EEG と ERP を合わせた分析が求められる。

題などの工夫により見出され，膨大な知見がある。それらは行動反応では測ることの難しい認

さまざまなα波

知機能のバイオ・マーカーとして，さまざまなところで，研究室の脳波研究はα波からはじ研究領域での応用が可能である。例えば，認知まったものの，α波は ERP 実験においてはど機能の個人差や，臨床的・教育的介入の効果のちらかというと悪者であった。実験の後半で増アセスメントに有益であろう。実際，条件差が大するα波は，飽きて課題への集中を欠いてきたことを示すかもしれないし，ERP よりはる
かに高振幅のα波は加算平均した ERP をゆがめてしまうかもしれない。しかし，集中して課題を行っていてもα波が減衰しない参加者もおり，実験中よく見る脳波でありながら，不思議な存在であった。
α波は安静時によく出現するため，伝統的には皮質のアイドリングまたは不活性化に関連

図 3 2 文字の平仮名からなる単語と非単語に対して 測 定された ERP の 例（unpublised data）。9 名のデータを平均化したもの。刺激提示時点を 0msとしている。課題はたまに出現する青色の文字列または記号列に対してボタン押しすること。刺激提示後 400ms 以内に視覚刺激に一般的ないくつかの波が見られる（前から P1, N1, P2：P/N は極性，番号は順序を示す）。非単語に比べて単語で左側の後頭側頭部における陰性の増大（N170）が見られる。
用いた単語と非単語は平均すると同じ文字で構成されるので，単語への増大は，文字列の組み合わせの学習に基づくと解釈できる。左後頭側頭部のN170 は，文字列のまとまりとしての知覚に関わる（Okumura, Kasai & Murohashi, 2015）。

し，α波の減衰とβ波への推移は，それが起こった皮質における活性化の指標と考えられている。しかしα波は，感覚入力への積極的な抑制に関わることも示唆されている（Händel,Haarmeier & Jensen, 2011）。 実 際 に 筆 者 も，左右視野のいずれかに注意する実験中，無視するべき刺激が提示される視野に対応する（対側の）半球に明瞭なα波の増大を観察したことがある。このように，α波は単純にリラックスの指標とは言えないことが分かる。
α律動の同期・脱同期は他にもさまざまな認7

知課題に関わることが示されているが，学習と適応の観点から特に注目されるのは，接近・回避の動機付けまたは感情のバイオ・マーカーとされる前頭部αパワーの左右半球比である（Marshall & Fox, 2008）。感情の状態は，処理資源を外界と内的世界へ配分するモードであり（Vanlessen, De Raedt, Koster & Pourtois,2016），脳の統合的機能に重要な役割があると推測される。

1-47.
Kasai, T., Takeya, R. & Tanaka, S.（2015）Emergenceof visual objects involves multiple stages of spatial
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おわりに授業で脳波実験を体験した学生から，心の中（Eds.）Developmental psychophysiology: Theory,systems, and methods . New York: Cambridge
University Press. pp.127-149.

が知られてしまいそうで怖いという感想があっ

Okumura, Y., Kasai, T. & Murohashi, H.（2015）

た。脳波の性質上，個々人の思考の内容を当てAttention that covers letters is necessary for the

るのは容易でないが，脳波の応用領域（ブレイン・マシン・インターフェースやニューロフィードバックなど）を見ると，将来，体脂肪計付きの体重計のように，脳波で心の状態を気楽に測るのも夢ではないかもしれない。
マッケイ（Mackay, 1986）はその著書の中で，今現在の自分自身を脳機能の画像により知ることは決してできない，と論じている。今現在の自分の脳が働いている状態を見ることができたとしても，見た途端に，脳は学習し新たな状態へと変化してしまうからである。私たちの脳は，「ともに発火すれば，互いに結びつく（Neurons that fire together, wire together）」
ヘッブの法則（Hebb's rule）に従い，常に学習しつつある存在である。それはさらに次の反応と学習への準備状態の形成でもある。異なるニューロン集団間の律動の同期は，まさにその学習と準備の過程だと捉えられる。
文

献

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Händel, B. F., Haarmeier, T. & Jensen, O.（2011）
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Schmidts & S. J. Segalowits（Eds.）Developmental
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Vanlessen, N., De Raedt, R., Koster, E. H. & Pourtois,G.（2016）Happy heart, smiling eyes: A systematicreview of positive mood effects on broadening ofvisuospatial attention. Neuroscience Biobehavioral
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