奇妙なパラダイム

オッドボール パラダイムは、心理学研究で使用される実験設計です。オッドボール パラダイムは、一連の標準的な刺激を繰り返して擬似ランダムに提示されるまれな異常刺激に対する脳の感度に依存します。オッドボール パラダイムには、音の長さ、周波数、強度、音声特性、複雑な音楽、または音声シーケンスなどの刺激を含む、幅広い刺激タイプがあります。この「オッドボール」刺激に対する参加者の反応が記録されます。

古典的なオッドボール パラダイムでは、同じ感覚チャネルに作用する 2 種類の刺激が、発生確率に大きな差がある状態で実験中にランダムに提示されます。より頻繁に発生する刺激は標準刺激と呼ばれ、実験全体の背景として機能します。より頻度の低い散発的な刺激は、逸脱刺激と呼ばれます。2 つの刺激の物理的特性は非常に類似しているため、逸脱刺激は頻繁に発生する標準刺激からの逸脱として現れます。そのため、「標準刺激」と「逸脱刺激」という名前が付けられています。古典的なオッドボール パラダイムでは、逸脱刺激の発生確率は通常約 20% ですが、標準刺激の発生確率は約 80% です。

古典的なオドボール パラダイムでは、参加者の課題は、低い確率でターゲット刺激の出現を検出することです。つまり、参加者は、逸脱した刺激が現れたときにキーを押すか、出現した逸脱した刺激の数を数えることで応答します。研究者によって改良され、広く使用されているオドボール パラダイムのサブタイプもいくつかあります。

（１）２択オドボールパラダイムは古典的なオドボールパラダイムから発展したもので、もともとミスマッチ陰性電位（MMN）と注意力の研究に使用されていました。２択オドボールパラダイムでは、被験者は刺激の提示時間内に差別化されたキー入力反応を行うことで、短時間提示された高確率の標準刺激と低確率の逸脱刺激に正確かつ迅速に反応する必要があります。^[1]

（２）刺激が定期的に提示されるシーケンスでは、刺激を時々省略することで誘発電位を調べることができます。このパラダイムは、特定の関心条件下での慣れの脳メカニズムの研究にも適用できます。

（３）刺激は３つのタイプに分類される。高確率刺激は標準刺激として機能し、約７０％の確率で出現する。２種類の逸脱刺激はそれぞれ１５％の確率で出現する。被験者は逸脱刺激のうち１種類にのみ反応する必要がある。被験者が反応しなければならない刺激は標的刺激と呼ばれ、反応を必要としない逸脱刺激は非標的逸脱刺激と呼ばれる。このパラダイムは、特定の関心条件下での標的刺激と非標的刺激の相互作用の探究を容易にする。

(4) このサブタイプは、低確率刺激の 1 つを新しい刺激に変更することで、(3) をさらに修正します。新しい刺激とは、動物の鳴き声、角笛の音、雷など、それぞれが他の刺激とは異なる、突然の、予期しない、強い刺激の連続として定義されます。これらの新しい刺激は、被験者に定位反応を引き起こす可能性が高く、P3a 成分をトリガーできるため、このパラダイムは不随意注意の研究に不可欠です。

オドボール法は、カリフォルニア大学サンディエゴ校のナンシー・スクワイアズ、ケネス・スクワイアズ、スティーブン・ヒルヤードによる事象関連電位（ERP）研究で初めて使用されました。^[2]

ERP 研究では、刺激提示後 300 ミリ秒前後に頭蓋骨の頭頂中心領域全体に発生する事象関連電位 ( P300)が、ターゲット刺激後に大きくなることがわかっています。P300 波は、被験者がターゲットを検出するタスクに積極的に取り組んでいる場合にのみ発生します。その振幅は、ターゲットの不可能性に応じて変化します。その潜時は、ターゲット刺激と標準刺激を区別する難しさに応じて変化します。^[4]

これらのターゲットを検出すると、確実に前頭前野領域に一時的な活動が引き起こされます。機能的磁気共鳴画像法（fMRI）を使用して前頭前野の血行動態脳活動を測定したところ、背外側前頭前野は、行動の変化とは無関係に、刺激と反応（例えば、反応戦略）のマッピングの動的変化と関連していることが明らかになりました。^[5]

P300 は覚醒時の注意力に依存する認知要素であることが示されているため、睡眠中は存在しないと思われるかもしれません。睡眠中は、外部刺激の情報処理が一般的に抑制されていると考えられています。これまでの研究では、P300 は睡眠への移行中に記録され、その後 REM 睡眠中に再び現れることが示されています。まれで邪魔な刺激は、REM 睡眠中に典型的な頭頂部の P300 を誘発する可能性が高くなります。ただし、前頭部の陽性反応はほとんどまたはまったくありません。これは、前頭部の非活性化が REM 睡眠の特徴であることを示す脳画像研究と一致しています。これらの結果は、睡眠者はステージ 1 と REM で刺激の逸脱を検出できる可能性がある一方で、意識への前頭部の寄与が失われる可能性があることを示しています。^[6]

認知研究では、刺激の新奇性と重要性が情報処理に与える影響を研究するために、オドボールパラダイムがよく用いられます。しかし、オドボールは、標準的な反復刺激よりも知覚的に斬新で、進行中のタスクとの関連性も高い傾向があるため、知覚的新奇性と刺激の重要性による影響を切り離すことは困難です。さまざまな脳の ERP を評価することで、この影響を解明することができます。ERP の前頭中心 N2 成分は主に知覚的新奇性の影響を受けますが、中心頭頂 P3 成分のみが刺激の重要性と新奇性の両方によって調整されます。^[7]

古典的な聴覚オドボールパラダイムは、異なる神経反応を生み出すように修正できるため、臨床サンプルにおける感覚および認知処理の機能障害を調査するために使用できます。^[8]

オッドボールパラダイムのユニークな応用は、統合失調症研究において、連続認識記憶におけるニューロン生成パターンの影響や、精神疾患の遺伝的関係に関するモデルを提供するエンドフェノタイプを研究するために多用されている。エンドフェノタイプは、顕在化した臨床症候群と遺伝的基礎との間の表現型を表す。^[9]

オッドボールパラダイムは、ERP 研究以外でも使用できるように拡張されました。

オッドボールパラダイムは、皮質下青斑の一時的な活動によって生じる瞳孔拡張に強い影響を及ぼす。^{[10] [11]}この瞳孔拡張効果は、刺激の顕著性の検出を示すものとして議論されており^[12]、神経ゲインの増加によって顕著な刺激の感覚処理を増幅することが期待される。^{[13] [14]}

時間の知覚は、最近の経験によって調整されるようです。人間は通常、一連の同一イベントにおける最初のイベントの知覚持続時間を過大評価します。初期の研究では、このオッドボールによって引き起こされる「主観的時間の遅れ」により、オッドボール刺激の知覚持続時間が 30～50% 延長されることが示唆されましたが、その後の研究では、約 10% 以下というより控えめな延長が報告されており、効果の方向、つまり視聴者が持続時間の増加または減少を認識するかどうかも、使用される刺激に依存しているようです。^[15]新しい証拠は、この効果が予測コーディングとオッドボールと標準刺激の知覚の違いによって影響を受ける可能性があることを示しています。予測コーディングは、脳が過去の経験に基づいて入ってくる感覚情報を予測することを前提としています。オッドボールによってもたらされるこれらの予測からの逸脱は、より大きな予測誤差をもたらし、オッドボールの知覚持続時間を増加させます。^{[16] [17]}

乳児研究では、オドボールパラダイムは乳児が何を期待しているかを測定するために使用されてきた手法です。たとえば、静止顔検査では、母親は突然無表情になり、乳児の偶発的な反応に反応しなくなります。驚きの反応、泣き声や苦痛、抑制された運動活動、視線の持続時間、脳波成分の振幅と潜時、心拍数の変化などの反応をモニタリングすることで、研究者は乳児にとってどの刺激が異常であるかを知ることができます。^[18]