「聞香」による香りの言語化プロセスと脳内情報構造化機能の解明
理化学研究所脳科学総合研究センター象徴概念発達研究チーム

椎名（日原）さやか、藤井 直敬、入來 篤史
Real world contains enormous environmental information. We receive very diverse information though eachsensory organs or receptors and send to central nervous system, recognizing external environment. The humanbrain seems to be sorting complex information implicitly into simple but structured abstract form. Prefrontal cortex
is known to be a place where abstract information is manipulated. We recorded brain activity by NIRS in PFC from
Koh-Do experts and beginners during Koh-Boku（premium incense）discrimination task. Experts were well trained
sorting subtle and complex koh-boku fragrance into koh-boku names. We found clear difference between twogroups. Experts showed highly organized response pattern in PFC but beginners didn't. We found that PFC canorganize and implement attentive abstract discrimination process, acquired on demand by interacting with automatic
covert processes, which fits to subject’s exact dynamic thinking traces.

１．緒的な状況下で行っている意思決定の神経メカニズムの解明言を目指すとなると、新たな実験課題の設定が要求される。

思考とは、私達が過去の記憶や経験をもとにして新たなそこで我々は推論の神経メカニズムを解明するため今回結論を作り出す過程と定義され、脳が取り扱っている高次の実験では、“香道”という芸道を導入した。香道は日本認知機能の一つであり、プランニング、推論、概念形成、文化において嗅覚を入り口とする伝統芸能で、1000 年以判断などの要素から成り立っている。普段、私達は何気な上もの歴史を持ち皇族や貴族により伝承されてきたものでく推論を通し意思を決定しているが、この際、脳は１）過ある（3. Morita）。香道では６種の香木の香りを“聞く”

去の経験を通して得られた知識を参照する、２）多くの仮ことを楽しみ、さらにそれを分類し言語化することが求め説を検証する、３）どの結論が現実の世界を一番合理的にられ、この能力は稽古を積むことで習得していく。初心者解釈できるのか選択する、という作業を行っている。さらは香りを聞くことは出来ても、それを分類、言語化するこに、私達は外部環境から様々な刺激を常に受けているので、とは非常に困難であるが、熟練者は香りを聞く能力が高い

脳は絶えず視覚、聴覚、触覚、嗅覚、味覚などの感覚情報のは当然の事ながら、それを分類し、評価軸のせ、言語的を分析し、必要に応じてこれらの情報も仮説に反映させて表現をすることが可能になる。つまり、後天的学習によりいかなければならない。

嗅覚刺激を過去の記憶と照合しながら分析・分類し、言語思考に関する研究は、機能的核磁気共鳴画像（fMRI）、ポジトロン・エミッション・トモグラフィ（PET）、近赤表現をしてゆくのである。この過程は正に推論の過程なのである。

外線分光法（NIRS）などの非侵襲的脳機能測定法と呼ば香木の香りは、微弱かつ似通っており、聞香は非常に難れるイメージング技術の開発に伴い飛躍的に進み、健常者しい課題である。例えて言うならば、りんごとみかんを弁が実際に思考している最中の脳活動を計測することが出来別するという簡単なものではなく、香りからりんごの品種るようになった。そして、推論を始めとする多くの高次認を弁別するようなものである。香道がアロマテラピーや知機能に“前頭前野”が関連していることが判明してきたソムリエの行うテイスティング（4.Castriota Scanderbeg）（1. Fuster，2. Mah）
。しかしながら、従来の研究で用いと異なるのは、言語表現軸が定まっている点である。言語られた課題は、見本合わせ課題のような刺激−反応が比較

評価は、“苦、甘、塩辛い、辛、酸”の５つの五味と呼ば的単純な課題が多く、その一方で私達が日常生活で直面しれる、通常使う味覚的意味とは全く異なる単語を定量的にている問題というのは、複雑かつ重層的であり、より現実組み合わせて行う。この言語的表現法を用いることにより*熟練者間で香木の香りを共有することができるのである。
Labeling Process dur ing odor
discrimination task, “Listening Kohboku”, in Human prefrontal cortex withnear-infrared spectroscopy

このように感覚情報をもとにした推論プロセスの神経メカ

Sayaka Shiina-Hihara*, Naotaka Fujii,
Atsushi Iriki

熟練者と初心者において、“聞香”中の香りを分類し言語

Laboratory for Symbolic CognitiveDevelopment, RIKEN Brain Science Instituteていると考えられている前頭前野（5. Fujii, 2003）をター

ニズムの研究に、香道は適した実験課題であると言える。
そこで本研究では、二つのグループ、すなわち、香道の化する過程の局所的脳血流量変化を、抽象的操作を制御し− 95 −

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ゲットに近赤外線分光法（NIRS）（6. Watanabe E, 1996,

練 者（30-65 歳、 女 性 10 人 ）、 初 心 者 各 10 人（24-48 歳、7. Koizumi H, 2001）を用いて計測・比較することで、従男性３人、女性７人）に実験に参加してもらった。近赤外来の研究で知りえることの出来なかった言語を含む、脳の分光法（NIRS、日立 ETG-100）を用い、被験者の頭部に嗅覚情報および高次脳内情報の処理機構の解明を目指した。

照射プローブ、検出プローブ各 10 本（図１A,B）を両側２．方
２. １の前頭前野皮質へ対称に装着し、計 20 チャンネルからの法

NIRS 信号（酸化ヘモグロビン量、還元ヘモグロビン量）被験者を非侵襲的に計測した。計測中、被験者には実験課題と対右利き健常者を被験者とし、香道歴 10-40 年からなる熟照課題を行ってもらった。

図１
A：実験の模式図……被験者は肘を肘掛に置き NIRS プローブを装着された状態で、香炉を持ち聞香する。
B：各10 本の照射プローブ、検出プローブの配置……番号は記録チャンネル（20 個）を示している。1-10 チャンネルは右前頭葉を、11-20 チャンネルは左前頭葉からの NIRS 信号を計測している。
C：香炉……香炉に灰と熾した炭団を入れ、その上に板（雲母）を乗せ、数ミリ角に切った香木を熱し香りを発散させる。
D：実験課題スケジュール……４種類の香りを聞きそれを記憶する「プライミング期」とプライミング期間中に聞いた香りと現在聞いている香りを比較する「テスト期」から構成される（上段）。被験者にはテスト期は、A-D までの刺激がランダムに渡され、プライミング期中に記憶した香りと、今聞いている香りを比較し、A-D までのどれに該当するかを聞香期（Listening Period; 20 秒）に考える。反応期（Response Period; 10 秒）にはその答えをモニタ上に提示された文字（A-D）を選択・注視することで解答する。
被験者は目前に置かれたモニタに提示される指示に従って課題を遂行していく（下段）。

− 96 −

「聞香」による香りの言語化プロセスと脳内情報構造化機能の解明

２. ２

解析

った。

課題遂行中の酸化ヘモグロビン量（oxy-HB）、還元ヘモ

なお、この実験の成果は８）Fujii et al. で発表されている。

グロビン量（deoxy-HB）を 10Hz で計測し、血流動態の３．結果と考察

指標は総ヘモグロビン量（oxy-HB と deoxy-HB の和）とした。総ヘモグロビン量は、1 試行につき（課題前後も含図２A は、初心者（上段）、熟練者（下段）における課め）、60 秒 間（600samples/ch） 計 測 し、 多 項 式 適 合 法、

題遂行中の５つのポイントにおける総ヘモグロビン量の信移動平均によるノイズ除去、標準化を行った後、16 試行

号強度を示している。両群において課題遂行時にヘモグロ×20 チャンネル ×600sample のマトリックスの画像化・ビン量が経時的に変化していることがわかる。さらに課題解析を行った。

中のあるポイントで、同系色で構成される縦軸方向もしく被験者ごとに各試行、各チャンネルの標準偏差（SDt；は横軸方向のバンドが観察された（図２A 縦、横矢印）。

n=16, SDc；n=20）とこれらの平均値を求め、閾値を平これはある試行中もしくは、あるチャンネルにおいて信号均 値 -2SD と 設 定 し、 こ の 閾 値 以 下 の 値 を 示 し た 試 行、強度の差異が小さいことを意味している。つまり、縦軸方

チ ャ ン ネ ル を そ れ ぞ れ bands in trails（BT）、bands in向のバンド（bands in trails, BT）は、ある試行中に記録channels（BC）とした。

チャンネル全体がほぼ同じレベルで活動したことを示し、また横軸方向のバンド（bands in channels, BC）は全試行

２. ３

実験課題

中において同一チャンネルが局所的にほぼ同じレベルで活嗅覚（香木）弁別課題：嗅覚刺激は３種類の香木（A-C）

動しているということを示している。と１種類のコントロール刺激（D）を用いた。それぞれの次に、課題遂行中の上記のバンド（BT、BC）数を初心

刺激は香炉に灰と熾した炭団を入れ、その上に板（雲母）者、熟練者ごと算出し、その分布を見た（図２B ａ−熟練を乗せ、数ミリ角に切った香木を熱し香りを発散させた（図者 , c −初心者、BT；黒、BC；グレー）。その結果、熟練１C）。課題は、この４種類の香りを聞き、それを記憶す

者では聞香期と反応期に BC が多く現れ、BT はほとんどる“プライミング期− Priming Phase”とプライミング期現れなかった。さらに、BC の数を半球ごとにプロットす中に聞いた香りと現在聞いている香りを比較する“テストると（図 2 Ｂ -e、黒：左半球、点線：右半球）、BC は聞期− Test Phase“から構成される（図１D）。被験者は目香中期から試行終了まで右前頭前野で顕著に増加してい前に置かれたモニタに提示される指示に従い課題を遂行した。一方、初心者において BT は課題中全般、BC は聞香ていく。

中に現れた。課題の正答率は熟練者（68％）、初心者（58まず、“プライミング期”（4 試行）では、A-D の 4 種類％）であり、正答率に大差はなかった。BC は BT と異なり、の香炉を順番に聞いていく。被験者は香炉を手渡され（準局所的な脳活動を示す指標である。従って、これらの結果備期）、スタートシグナル後 20 秒間香を聞く（聞香期）。

は、初心者は課題中前頭前野全体的に使用しているのに対反応期には刺激と対応したモニタ上のアルファベットし、熟練者においては右前頭前野を組織的様式で使ってい（A-D）を注視する。20 秒の待機期後、次の香が手渡される。

ることを示唆している。

被験者は同様の手続きで各試行を遂行し、A-D の 4 種類

なぜこのような反応差が２群の間で生じたのであろうか？初心者の嗅覚刺激物質に関する知識、経験の少なさがの香りを記憶する。
次の“テスト期“（12 試行）では、A-D までの刺激がラ影響しているのだろうか？この問いに答えるため、対照実ンダムに選ばれ、被験者へ渡される。被験者は渡された香験として味覚（お茶）弁別課題を行った。お茶を弁別刺激りを聞き、プライミング期中に記憶した香りと、今聞いてとして利用した理由は、日本人はお茶を日常的に飲んでいいる香りを比較し、A-D までのどれに該当するかを聞香るので、お茶に対する経験・判別能力は被験者間で差異が期に考える。反応期にはその答えをモニタ上に提示された少ないと考えたからである。刺激の特徴を抽象的に操作す文字（A-D）を選択・注視することで解答する。待機期後、るという点に関しては、味覚の弁別過程も香木の弁別過程

再び別の香炉が提示され、被験者は同様に香木の種類を答とほとんど変わらないはずである。
実 験 課 題 と 同 様 に、 対 照 課 題 遂 行 中 の バ ン ド（BT、えていく。

BC）数を算出しその分布を図２B に示す（ｂ−熟練者 ,２. ４

対照課題

ｄ−初心者、BT；黒、BC；グレー）。両群とも BC が出

味覚（お茶）弁別課題：対照課題としてお茶の弁別課題

現するのに対し、BT はほとんど現れなかった。また、我々を（香道熟練者４人、初心者 3 人）実験課題終了後に、実の予測通り、課題の正答率は両群ともに 100％だった。こ験課題と同様の手順で行った。味覚刺激には３種類のお茶の結果は、刺激の感覚種に依存せず、過去の経験、知識をを使用し、プライミング期に 3 試行、テスト期に６試行行もとにした推論過程において前頭前野の活動は NIRs 信号− 97 −

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図２
A：課題実行中の５つのポイントにおける総ヘモグロビン量のマッピング
それぞれのチャンネルの総ヘモグロビン量の信号強度がピクセルの色によって示されている。上段が初心者、下段は熟練者である。横軸はトライアル、縦軸はチャンネルを示す。矢印は同色の色で構成されたバンドを示している。
B：BC、BT の分布
横軸は時間、縦軸は 1 秒間のバンドのカウント数である。ダークグレー、ライトグレーの陰影はそれぞれ聞香期、反応期を示している。（a,c）：課
題中のバンドカウント、a：熟練者、c：初心者（b,d）対照課題中のバンドカウント b: 熟練者、d: 初心者。（e）
熟練者における左右半球ごとの課題
中のバンドカウント− 98 −

「聞香」による香りの言語化プロセスと脳内情報構造化機能の解明

Res, 133（1）, 66-70, 2000.

として検出できるということを示している。

４．総

２）Mah, L., Arnold, M. C., & Grafman, J. Impairment

括of social perception associated with lesions of the

推論は最も基本的な認知的脳機能の一つであり、私達は現実世界における意思決定のほとんどを推論を通して行っ

prefrontal cortex. Am J Psychiatry, 161（7）, 1247-1255,
2004.ている。従来、推論過程の神経機構の解明は非常に難しい

３）Morita K. The Book of Incense: Enjoying theとされてきたが、今回私達は香道を利用し、適切な課題設

Traditional Art of Japanese Scents. Kodansha

定を作り出すことができた。その結果、“聞香—嗅覚弁別International, TOKYO, 1992.

課題”に前頭前野皮質が香道の初心者、熟練者ともに活動

４）Castriota-Scanderbeg et al. The appreciation of wine

しているだけでなく、初心者では課題遂行中全般に前頭前by sommeliers: a functional magnetic resonance study

野皮質全体で、熟練者では一過性かつ局所的に右前頭前野of sensory integration. Neuroimage. 25（2）:570-8, 2005.

で嗅覚情報の推論処理を行っていることが示唆された。ま５）Fujii, N., Graybiel AM. Representation of action

た、熟練者の前頭前野のみが、聞香中にダイナミックな修

sequence boundaries by macaque prefrontal cortical

飾を受けていることから、この活動様式は仮説的推論過程

neurons. Science, 301（5637）:1246-9, 2003.
６）Watanabe E, Yamashita Y, Maki A, Ito Y, Koizumiの神経活動を反映しているものと考えられる。

H（1996）Non-invasive functional mapping with multi-謝辞

channel near infra-red spectroscopic topography in

香道に関し技術的なご指導、ご協力を頂いた山田氏、亀humans. Neurosci Lett. 205: 41-44, 1996.

山氏、渡辺氏に深謝致します。また、本研究を遂行するに

７）Koizumi H, Maki A, Yamamoto T. Noninvasive

当たり、御支援頂きました㈶コスメトロジー研究振興財団

higher-order brain-function imaging by near-infrared

及び共同研究者に感謝いたします。

spectroscopy. Rinsho Shinkeigaku 41: 1201-1206, 2001.
８）Fujii et al. Prefrontal activity during koh-do incense（参考文献）

discrimination. Neuroscience Research 59: 257-264, 2007.

１）Fuster, J. M. Executive frontal functions. Exp Brain− 99 −