認知神経科学

認知神経科学は、認知の根底にある生物学的プロセスと側面を研究する科学分野であり、^{[ 1 ]}特に精神プロセスに関与する脳内の神経結合に焦点を当てています。^{[ 2 ] [ 3 ]}認知活動が脳内の神経回路によってどのように影響を受けたり制御されたりするかという問題に取り組んでいます。認知神経科学は、神経科学と心理学の両方の分野であり、行動神経科学、認知心理学、生理心理学、情動神経科学などの分野と重なり合っています。^{[ 4 ] [ 2 ] [ 3 ]}認知神経科学は、認知科学の理論と神経生物学からの証拠、および計算モデルに基づいています。^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

脳の各部位はこの分野で重要な役割を果たしている。中でもニューロンは最も重要な役割を担っており、大脳皮質の様々な葉とともに、神経学的観点から認知を理解することが主な目的となっている。

認知神経科学で用いられる手法には、精神物理学や認知心理学の実験手順、機能的神経画像法^{[ 5 ]} 、電気生理学^{[ 6 ]} 、認知ゲノミクス、行動遺伝学^{[ 7 ]}などがある。

脳病変による認知障害のある患者の研究は、認知神経科学の重要な側面を構成しています。病変のある脳の損傷は、健康で完全に機能している脳に関して比較可能な出発点となります。これらの損傷は脳内の神経回路を変化させ、記憶や学習などの基本的な認知プロセス中に脳の機能不全を引き起こします。これらの障害や損傷は、健康な神経回路がどのように機能しているかと比較することができ、影響を受けた認知プロセスの基盤について結論を導き出すことができます。いくつかの例としては、ウェルニッケ野、側頭葉の左側、および前頭葉に近いブローカ野の損傷が挙げられます。 ^{[ 8 ]}

また、脳の発達に基づく認知能力は、発達認知神経科学という下位分野で研究・調査されています。これは、時間の経過に伴う脳の発達を示し、差異を分析し、それらの差異の考えられる理由を提案します。^{[ 9 ]}

理論的アプローチとしては、計算神経科学や認知心理学などが挙げられる。

認知神経科学は、神経科学と心理学から生まれた学際的な研究分野です。^{[ 10 ]}これらの分野には、研究者が調査に取り組む方法を変え、この分野が完全に確立されるに至ったいくつかの段階があります。

認知神経科学の課題は、心に関連する神経メカニズムを記述することですが、歴史的には、脳の特定の領域が特定の精神機能をどのように支えているかを調査することによって進歩してきました。しかし、脳を細分化しようとする初期の試みは問題が多いことが判明しました。骨相学運動は、その理論に科学的根拠を与えることができず、その後否定されました。脳のすべての領域がすべての行動に関与するという集合的フィールド観^{[ 11 ]}も、ヒッツィヒとフリッチュの実験^{[ 12 ]}から始まり、最終的には陽電子放出断層撮影法（PET）や機能的磁気共鳴画像法（fMRI） ^{[ 13 ]} などの方法によって発展した脳マッピングの結果として否定されました。ゲシュタルト理論、神経心理学、認知革命は、認知神経科学という分野の創設における大きな転換点であり、研究者が行動とその神経基盤との間により多くの関連性を見出すことを可能にするアイデアと技術を統合しました。^{[ 14 ]}

脳と行動の関連性は、紀元前16世紀の古代エジプトのエドウィン・スミス・パピルスに初めて記録されました。^{[ 15 ] [ 16 ]}紀元前5世紀と4世紀の古代ギリシャのアルクマイオン、プラトン、アリストテレス^{[ 17 ]} 、そして紀元2世紀のローマの医師ガレノス^{[ 18 ]}はすでに脳が精神活動の源であると主張していましたが、脳領域と認知機能の関連性に関する科学的研究は19世紀後半に始まりました。認知神経科学の確立における基礎的な洞察は次のとおりです。

• 1848年、フィニアス・ゲージは爆発事故で鉄棒が脳を貫通したことで、前頭前野と行動、意思決定、結果との関連性を研究する上での古典的な被験者となった。^{[ 19 ]： 19}

• 1861年、フランスの神経学者ポール・ブローカは、患者の後部下前頭回（三角部、BA45、ブローカ野としても知られる）の損傷が発話不能の原因であることを発見した。 ^{[ 20 ]} 1865年の彼の研究「左前頭葉第三部における言語の局在」は、感覚機能と運動機能に関連する脳領域を研究するよう他の研究者を刺激した。^{[ 21 ]}

• 1870年、ドイツの医師エドゥアルト・ヒツィヒとグスタフ・フリッチュは、犬の大脳皮質を電気で刺激し、脳のどの領域が関与しているかに応じて異なる筋肉が収縮することを発見した。このことから、個々の機能は脳の特定の領域に局在しているという考えが提唱された。^{[ 12 ]}

• イタリアの神経解剖学者カミッロ・ゴルジ教授は1870年代に、硝酸銀を用いて神経細胞を染色できることを発見し、神経系内のすべての神経細胞が連続した相互接続されたネットワークであると主張した。^{[ 22 ]}

• 1874年、ドイツの神経学者で精神科医のカール・ヴェルニッケは、上側頭回左後部と単語や音節の反射的模倣との関連性を仮説として提唱した。^{[ 23 ]}これは、精神機能を脳の特定の場所に局在化しようとする最初の本格的な試みだったかもしれない。これは主に、脳のさまざまな部分への損傷が心理機能に及ぼす影響を研究することによって達成された。^{[ 24 ]}ブローカとヴェルニッケの症例は、病変が特定の行動変化を引き起こすことを示唆しており、局在化論を強く支持した。さらに、失語症はポール・ブローカによって発見された学習障害でもある。ジョンズ・ホプキンス大学医学部によると、失語症は言語表現と理解を制御する脳の特定の領域の損傷によって引き起こされる言語障害である。^{[ 25 ]}これにより、意味のない言葉を話す人が多くなり、「言葉のサラダ」と呼ばれるようになることが多い。^{[ 26 ]}

• 1878年、イタリアの薬理学および生理学の教授アンジェロ・モッソは、血流と脳機能との関連性を発見しました。彼は「ヒト循環バランス」として知られる最初の神経画像技術を発明しました。アンジェロ・モッソは、機能的磁気共鳴画像法（fMRI）や陽電子放出断層撮影法（PET）などのより洗練された技術の先駆者です。^{[ 27 ]}

• 1887年、スペインの神経解剖学者サンティアゴ・ラモン・イ・カハル教授（1852-1934）は、ゴルジ法による光顕微鏡下での神経組織の可視化を、「二重染色法」と名付けた技術を用いて改良した。彼は神経系の組織に関する多くの事実を発見した。神経細胞は独立した細胞であり、変性や再生についての洞察、脳の可塑性についての考えなどである。^{[ 28 ]}

• 1894年、神経学者で精神科医のエドワード・フラタウは、新鮮な脳切片の長時間露光写真で構成された人間の脳のアトラス「人間の脳と神経線維の経路のアトラス」を出版した。このアトラスには、中枢神経系の線維経路に関する当時の知識の概要が含まれていた。^{[ 29 ]}

• 1909年、ドイツの解剖学者コルビニアン・ブロードマンは、脳マッピングに関する独創的な研究をモノグラフ『大脳皮質の局在比較』（Vergleichende Lokalisationslehre der Großhirnrinde）で発表し、構造の地域差に基づいて、現在ブロードマン領域として知られる52の異なる大脳皮質領域を定義しました。これらのブロードマン領域は、感覚、運動制御、認知など、さまざまな機能と関連付けられています。^{[ 30 ]}

• 1924年、ドイツの生理学者で精神科医のハンス・ベルガー（1873-1941）は、人間の脳波（EEG）を初めて記録し、脳の電気活動（脳波と呼ばれる）と、特に脳波の一種であるアルファ波のリズムを発見した。 ^{[ 31 ] [ 32 ]}

• 現代の陽電子放出断層撮影（PET）のプロトタイプである最初の臨床用陽電子イメージング装置は、1953年にブラウンネル博士とアロノウ博士によって発明されました。^{[ 33 ]}核医学を専門とするアメリカの科学者、デビッド・エドモンド・クール、ルーク・チャップマン、ロイ・エドワーズは、この新しい断層撮影イメージング法を開発し、1950年代後半にいくつかの断層撮影装置を構築しました。化学の博士号を持つマイケル・E・フェルプスは、1973年に最初のPETスキャナーに関する彼らの洞察を発明することができました。^{[ 34 ]} PETは、脳機能の研究のための貴重な研究ツールとなりました。この技術は、脳活動の増加に伴う血流の増加を示す放射能信号を間接的に測定することができます。^{[ 35 ]}

• 1971年、アメリカの化学者で物理学者のポール・クリスチャン・ローターバーは、 MRイメージング（ MRI ）のアイデアを発明しました。2003年に彼はノーベル賞を受賞しました。MRIは灰白質と白質を区別するための調査ツールであり、中枢神経系の多くの状態を研究するための選択肢となっています。^{[ 36 ]}この方法は、1990年代以降、認知神経科学の多くの研究で使用されている機能的磁気共鳴画像法（fMRI）の開発に貢献しました。 ^{[ 37 ]}

認知神経科学の歴史を通じて、多くの注目すべき実験が行われてきました。例えば、Kosslyn らによる 1993 年のメンタル回転実験^{[ 44 ]}では、想像によって物体を心の中で回転させるのにかかる時間は、実際に回転させるのにかかる時間と同じであることが示されました。彼らは、物体を心の中で回転させると、運動機能に関わる脳の部位が活性化されることを発見しており、これがこの類似性を説明する可能性があります。^{[ 44 ]}

別の実験では、視覚的注意を処理する2つのメカニズム、ボトムアップ注意とトップダウン注意について説明しています。^{[ 45 ]}ボトムアップ注意とは、脳がまず目立つ画像を視覚的に処理し、次に周囲の情報を処理することであると定義されています。一方、トップダウン注意は、まずタスクに関連するオブジェクトに焦点を当てることです。研究者らは、腹側経路は視覚認識に焦点を当て、背側経路はオブジェクトに関する空間情報に関与していることを発見しました。

認知神経科学における実験として、これらの研究に共通しているのは、研究者たちが目に見える活動や行動を測定し、その機能の神経基盤と脳のどの部分が関与しているかを特定するという点である。

近年、研究の焦点は、単一の技術を用いて成人の脳の特定の機能の脳領域を特定することから拡大している。研究は、異なる脳領域間の相互作用の探求、脳機能を理解するための複数の技術とアプローチの使用、計算アプローチの使用など、いくつかの異なる方向に分岐している。^{[ 57 ]}非侵襲的な機能的神経画像法と関連するデータ解析方法の進歩により、認知神経科学の研究において、社会的相互作用を描いた長編映画などの非常に自然な刺激やタスクを使用することも可能になった。^{[ 58 ]}

近年、認知神経科学の分野では多くの新たな進歩が見られます。新たに登場した技術の一つにシャドウイメージングがあります。この方法は、さまざまな神経画像技術の異なる側面を組み合わせて、より汎用性の高いものを作り出しています。標準的な光顕微鏡を使用し、脳の細胞外空間の間質液の蛍光標識と融合させています。この技術により、研究者は脳組織をより大きく、より詳細に観察することができます。これにより、研究者は実験の解剖学的構造と生存率についてより深く理解することができます。この技術は、ニューロン、ミクログリア、腫瘍細胞、毛細血管をより詳細に観察するのに役立っています。シャドウイメージングは​​、神経画像分野で大きな可能性を秘めた新しいアプローチです。^{[ 59 ]}

認知神経科学におけるもう一つのごく最近の傾向は、回路機能とその行動への影響を探るための光遺伝学の使用です。 ^{[ 60 ]}この新しい技術は、特定のニューロンを遺伝子的に標的にすることと、生きたニューロン内の標的を見るためのイメージング技術の使用を組み合わせたものです。この技術により、科学者は動物の体内でニューロンがまだ無傷の状態で観察し、その細胞内の電気的な出来事を追跡することができます。この新しい技術は多くの実験で成功裏に使用されており、研究者が脳活動を観察し、疾患、行動、機能におけるその役割を理解するのに役立っています。^{[ 61 ]}

研究者たちは、神経活動の直接イメージング（DIANA）と呼ばれる技術でfMRIを改良し、効率を高めた。この研究グループは、ソフトウェアを変更して5ミリ秒ごとにデータを収集するようにした。これは、通常の技術で取得するよりも8倍速い。その後、ソフトウェアはイメージング中に撮影されたすべての画像をつなぎ合わせて、脳の完全な断面を作成することができる。^{[ 62 ]}

2024年、生物工学のイゴール・ヴァル・ダニロフ教授は、妊娠中の神経調節メカニズムを説明する自然神経刺激仮説を提唱した。^{[ 63 ]}自然神経刺激は妊娠中の健康な神経系の発達に寄与するため、母親が胎児をケアする際の物理的特性を特定の患者のパラメータに合わせて調整した人工神経刺激は、損傷した神経系を治療することができる。この知見に基づいて、新しいAPIN神経刺激技術が導入された。^{[ 63 ] [ 64 ] [ 65 ] [ 66 ]} APIN技術は、集中的な認知負荷中に特定の神経回路のミトコンドリアストレスと微小血管拡張を誘発することにより、神経治療効果を発揮する。^{[ 64 ] [ 65 ] [ 66 ]}

• 注意
• 認知発達
• 意識
• 創造性
• 意思決定
• 感情
• 知能
• 言語
• 学ぶ
• メモリ
• 感知
• 社会的認知
• 心の彷徨

実験方法には以下が含まれる。

• 精神物理学
• 視線追跡
• 機能的磁気共鳴画像法
• 脳波検査
• 脳磁図
• 脳波記録
• 経頭蓋磁気刺激
• 計算モデリング

• イェスパー・モーエンセン、デンマークの神経科学者、元大学教授
• ブレンダ・ミルナー、カナダの神経心理学者であり、記憶研究の先駆者
• メイ＝ブリット・モーザー、ノルウェーの神経科学者、ノーベル賞受賞者
• ゲイル・カーペンター、アメリカの認知神経科学者および数学者
• カール・フリストン、イギリスの神経科学者、王立協会フェロー

• ベア、マーク F.、コナーズ、バリー W.、パラディソ、マイケル A. (2007).神経科学. リッピンコット・ウィリアムズ＆ウィルキンス. ISBN 978-0-7817-6003-4。
• コスリン、スティーブン・マイケル、アンダーセン、リチャード・A.編（1995）。認知神経科学の最前線。MIT Press。ISBN 978-0-262-61110-7。

• バールス、バーナード・J.、ゲージ、ニコール・M. (2010).認知、脳、意識：認知神経科学入門. アカデミック・プレス. ISBN 978-0-12-381440-1。
• チャーチランド、パトリシア・スミス；セジノウスキー、テレンス・ジョセフ（ 1992）。『計算脳』MIT Press。ISBN 978-0-262-33965-0。
• Code, Chris (2004). 「古典的症例：神経心理学の発展における古代と現代のマイルストーン」。Code, Chris、Joanette, Yves、Lecours, André Roch、Wallesch, Claus-W (編)『神経心理学における古典的症例』pp. 17–25 . doi : 10.4324/9780203304112-8 . ISBN  978-0-203-30411-2。
• Enersen, OD (2009). John Hughlings Jackson. In: Who Named It. http://www.whonamedit.com/doctor.cfm/2766.html 2009年8月14日取得
• Gazzaniga, MS、Ivry, RB、Mangun, GR (2002)。認知神経科学：心の生物学（第2版）。ニューヨーク：WWNorton。
• ガリステル、R. (2009). 「記憶と計算脳：認知科学が神経科学を変革する理由」。ワイリー・ブラックウェルISBN 978-1-4051-2287-0。
• ガザニガ、MS、『認知神経科学 III』（2004年）、MIT Press、ISBN 0-262-07254-8
• ガザニガ、MS、編（1999）。認知神経科学における対話、MIT Press、ISBN 0-262-57117-X。
• スターンバーグ、エリザー・J. 『あなたは機械ですか？脳、心、そして人間であることの意味』ニューヨーク州アマースト：プロメテウス・ブックス。
• ウォード、ジェイミー（2015）。認知神経科学入門（第3 版）。サイコロジー・プレス。ISBN 978-1848722729。
• ロベルト・カベサ、アラン・キングストーン著『認知機能の機能的神経画像ハンドブック』
• 神経科学の原理 エリック・R・カンデル、ジェームズ・H・シュワルツ、トーマス・M・ジェッセル著
• 記憶の認知神経科学 アマンダ・パーカー、エドワード・L・ワイルディング、ティモシー・J・バッシー著
• 脳の神経理論 クリストフ・コッホ、ジョエル・L・デイビス著
• キース・ジェームズ・ホリオーク、ロバート・G・モリソン著『ケンブリッジ思考と推論ハンドブック』
• 数学的認知ハンドブック ジェイミー・ID・キャンベル著
• 認知心理学 マイケル・W・アイゼンク、マーク・T・キーン著
• 知能の発達 マイク・アンダーソン著
• 精神処理の発達 アンドレアス・デメトリウ他著
• 記憶と思考 ロバート・H・ロギー、KJ・ギルホーリー著
• 記憶容量 ネルソン・コーワン著
• 第19回認知科学年次会議議事録
• ワーキングメモリのモデル 著者：三宅明、プリティ・シャー
• 記憶と思考 ロバート・H・ロギー、KJ・ギルホーリー著
• ワーキングメモリの変動 アンドリュー・RA・コンウェイ他
• 記憶容量 ネルソン・コーワン著
• 認知と知能 ロバート・J・スターンバーグ、ジーン・E・プレッツ著
• 知能の一般因子 ロバート・J・スターンバーグ、エレナ・グリゴレンコ著
• 学習、発達、発見の神経学的基盤 アントン・E・ローソン著
• 記憶と人間の認知 ジョン・T・E・リチャードソン著
• 神経科学学会。https ://web.archive.org/web/20090805111859/http://www.sfn.org/index.cfm? pagename=about_SfN#timeline 2009年8月14日取得
• 田中啓治著『神経生物学の最新動向』（2007年）

• 認知神経科学学会ホームページ
• ゼロには何か特別なものがある
• 認知神経科学とは何か？、ジェイミー・ウォード著／サイコロジー・プレス
• goCognitive - 認知神経科学のための教育ツール（ビデオインタビューを含む）
• CogNet（脳と認知科学のオンラインコミュニティ、MIT）
• 認知神経科学分野、心理学出版
• 認知神経科学と哲学、CUJCS、2002年春学期
• 全脳アトラス：脳構造トップ100
• 認知神経科学ディスカッショングループ
• ジョン・ジョニデス、認知神経科学における重要な役割（Beebrite著）
• 認知神経科学入門
• AgliotiLAB - 社会認知神経科学研究所。2003年にイタリアのローマで設立。

関連するウィキブック

• 認知心理学と認知神経科学に関するウィキブック
• 意識研究に関するウィキブック
• 神経科学に関するWikibookの認知神経科学の章
• 計算認知神経科学のウィキブック（2019年7月24日時点のWayback Machineアーカイブ）