生物の生命におけるあらゆる瞬間、身体はさまざまな感覚信号に満ちている。生物がこれらのデータを処理できるのは、脳のおかげである。脳は「分類」と呼ばれるプロセスを通じて、雑然として騒がしく情報豊かな世界を、人々が理解し、経験を適用して対処できるさまざまな概念へと変換する。
人々の世界に対する分類は、実はかなり柔軟である。この現象について、神経科学の伝統的な見方では、通常、分類は感覚処理の最終段階で行われ、脳は情報を受け取り、それを解読し、記憶と照合すると考えられてきた。しかし、この見方では、似た音に対する脳の処理が異なる場面によって異なる分類結果を生むことを説明できない。
『Nature Reviews Neuroscience』誌上で、2人のトップ神経科学者であるリサ・フェルドマン・バレットとアール・ミラーが、この問題について、脳の機能と構造に関する最新の理解を提示した。彼らは共同で、脳がどのように感覚と記憶に基づいて、自らの分類を絶えず再構築しているかを説明する新たな視点を提案した。
図 1：分類の伝統的見解。
研究者らは、脳は身体の生存ニーズに基づいて、これらのカテゴリーを世界に投影していると考えている。人々が自分の感覚印象を意識する前に、脳はすでに身体を生理系のエネルギー資源を維持する方法で行動するよう準備している。したがって、脳の予測こそが——感覚情報の累積効果ではなく——最終的に人々が世界の物体や特徴を分類する方法を形作り、制限しているのである。
この枠組みでは、分類は脳の特定の領域で起こるのではなく、器官全体およびより広い範囲で起こる。生物がどのようにカテゴリーを形成するかを理解するために、神経科学者は頭から足先まで神経系を包括的に考察しなければならない。
ヘビー級の対決
長年にわたり、この2人の影響力ある神経科学者は同じ分野にいながら、直接協力したことはなかった。
ミラーは、脳内の高次電気活動パターンを測定することで、予測符号化と呼ばれる神経計算モデルの背後にあるメカニズムをよりよく理解しようとしてきた。予測符号化とは、人々の感覚は受動的に感覚信号を受け取って構築される情景ではなく、環境に対する脳の予測結果であると考えるものである。
通常、人が正常な感覚環境にいて、新たな信号入力がない場合、脳は環境に関する予測信号（フィードバック信号と呼ばれる）を生成し、これらの信号が入ってくる感覚情報（すなわち「フィードフォワード」信号）を支配する。しかし、何か予期せぬことが起こった場合——つまり事象が予測モデルから逸脱した場合——視覚皮質などに入る感覚フィードフォワード信号は、予測的フィードバック信号と衝突する。
図 2：カテゴリー構築における予測信号の流れ。
この差異は予測誤差を生み出す。感覚信号が予測モデルに反する場合、それらは「驚き」の感覚として意識体験に入り込むことがある。
バレットの研究では、予測と予期の概念を感情に関する理論的理解に適用している。彼女の見解では、恐怖、喜び、怒りといった感情カテゴリーは、神経系が生成する予測的な「行動プラン」に似ており、過去に人々に有益だった行動を活性化するために用いられる。
伝統的には、感情は特定の神経回路に生得的に固定されていると考えられてきた。バレットの研究は、人々の感情カテゴリーが身体内部と外部環境からの信号によって共に構築されることを示すのに貢献した。
2025年、バレットはミラーに連絡を取り、両者は伝統的な書類棚モデルを超え、予測と適応に関する彼らの理論を取り入れた新しい分類枠組みを共同で構築することを約束した。
適応的分類
動物として、人間は変化の中で生き延びるために適応しなければならない——変化する環境であれ、変化する身体であれ。エネルギーや時間などの資源の制約により、人間は生き延びるために近道を取らざるを得ない。それこそがカテゴリーの役割である。
バレットは、分類の機能は、新しい状況と類似した過去の経験を利用して、身体システムの正常な動作を維持する行動であると述べている。これには、人々が経験をどのように新しい状況との相互作用に活かすかという一連の行動規範も含まれている。
しかし、カテゴリーはどのように形成されるのだろうか？伝統的な見方によれば、時間の経過とともに、人々の経験が一連の概括的な属性を構築し、それによってカテゴリーが形成される。しかし、この2人の科学者は、感覚が伝統的なカテゴリーを識別する前に、脳は類似した過去の状況の記憶を用いて、新しい状況に適用可能な一連の行動を予測すると考えている。
想像してみてほしい。人が道を歩いていて、足に何かが触れたとする。安全な環境であれば、大したことではないかもしれない。しかし、まったく見知らぬ森の中にいて、周囲が高い草に囲まれている場合、普段よりも呼吸や心拍が速くなっているのを感じるだろう。これは緊張感であり、脳はこのときすでに環境に潜在的な脅威が存在すると判断している。そのため、普段とまったく変わらない接触であっても、まったく異なるカテゴリーに分類されるのである。
2人の科学者の研究は、彼らの研究室および長年にわたる他の研究における解剖学的、電気生理学的、脳画像研究の結果に基づいている。彼らは、分類とは継続的な予測ツールであり、神経系がそれを通じて行動を導き、生物の生存を維持するという論を提起している。
図 3：恒常性を調節する内在的脳ネットワーク。
証拠はニューロンレベルからも得られている。彼らが引用した研究は、脳の接続構造がどのように感覚信号よりも予測信号を優先しているかを示している。例えば、内部信号のフィードバックの流れを促進するニューロン間の接続は、感覚からのフィードフォワード信号を処理するニューロン間の接続よりもはるかに多い。視覚皮質内でさえ、シナプス接続の90%がフィードバック信号の伝達を促進している。これは、脳の構造が刺激に対して反応的に分類するのではなく、カテゴリー、知覚、行動を予測するために作られていることを示している。
関連リンク：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cne.23458
この2人の科学者によれば、脳内を伝わる情報波間の相互作用が、同一の外部感覚信号が異なる状況下で異なる分類をされる理由を説明できるかもしれない。
どこにでも存在する
バレットとミラーの枠組みの核心的構成要素は、脳内の予測信号の起源である。視覚分類に関するほとんどの神経科学文献では、皮質の統合領域（脳の外表面に位置する）が予測的期待の源であると考えられている。しかし彼らは異なる戦略を取った：辺縁コアをこれらの予測信号の源とするのである。
図 4：大脳皮質の辺縁-感覚細胞構築勾配。
辺縁コアには、脳の深部にある構造が含まれ、身体からの情報、感覚、記憶、そして高次の認知機能からの信号を結びつける。この統合ネットワークは視床下部に近接し、高度に接続されている。
視床下部は、実行制御などの高次認知を担う大脳皮質——脳の最外層の折り畳まれた層——に身体のエネルギー状態を伝える役割を果たすため、著者らは辺縁コアが脳の身体エネルギー需要を予測する能力に寄与していると仮定している。
辺縁系コアは、内部信号と外部信号が圧縮され集約される交差点である。神経系を、蝶ネクタイの形をした2つの漏斗として想像することができる。それらは最も狭い部分で接続されている——辺縁コア、つまり圧縮が最も高い点である。
視覚情報が視覚皮質を通り抜けて脳の深部へ進むにつれて圧縮されるのと同様に、生理的信号も身体から迷走神経を通って脳に入る際に圧縮される。その後、それらは辺縁系コアに到達し、圧縮された感覚情報と統合される。これらの信号は共に、適切なカテゴリーとそれに関連する行動を生成する。
その後、信号のカテゴリーに応じて、予測フィードバック信号と圧縮された感覚フィードフォワード信号の相互作用は、任意の神経領域で発生する。
バレットとミラーは、カテゴリーをファイルのように脳内に保管するというモデルから脱却することを呼びかけている。彼らによれば、脳が感覚情報を圧縮する構造様式から、脳が予測し身体を反応に備えさせるプロセスに至るまで、分類はすでにその中に「内化」されている。これは神経系の中核的な組織原則であり、記憶、知覚、行動を通じて、人々が情報豊かな世界でよりよく生き延びるのを助けているのである。