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感覚処理とは、自分の体と環境からの感覚（感覚情報）を整理し区別するプロセスであり、それによって環境内で体を効果的に使用することを可能にする。具体的には、固有受容感覚、視覚、聴覚系、触覚、嗅覚、前庭系、内受容感覚、味覚など、複数の感覚様式の入力を脳がどのように処理して使用可能な機能出力に変換するかを扱う。[ 1 ] [ 2 ]
さまざまな感覚器官からの入力は脳の異なる領域で処理されると考えられてきた。脳のこれらの特殊な領域内および領域間のコミュニケーションは機能的統合として知られている。[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]最近の研究では、脳のこれらの異なる領域は単一の感覚様式のみを担当するのではなく、複数の入力を使用して身体が環境について感知するものを認識する可能性があることが示されている。複数の感覚入力の組み合わせが周囲を理解するために不可欠であるため、多感覚統合は人が行うほぼすべての活動に必要である。
感覚器官からの入力は脳の異なる領域で処理されるという考えは、以前からシステム神経科学に関連していると考えられてきた。機能的神経画像法を用いると、感覚特異的な皮質が異なる入力によって活性化されることが分かる。例えば、後頭皮質の領域は視覚と関連しており、上側頭回にある領域は聴覚入力の受容部位である。先に挙げた感覚特異的な皮質よりもさらに深い多感覚収束を示唆する研究も存在する。このような複数の感覚様式の収束は、多感覚統合として知られている。
感覚処理とは、脳が複数の感覚様式からの感覚入力をどのように処理するかを扱います。これには、視覚（見る）、聴覚（聞く）、触覚（触れる）、嗅覚（匂い）、味覚（味わう）という5つの古典的な感覚が含まれます。その他の感覚様式も存在し、例えば、前庭感覚（バランスと運動感覚）、固有受容感覚（空間における自分の位置を知る感覚）、時間（時間や活動における自分の位置を知る感覚）などがあります。これらの異なる感覚様式からの情報は関連付けられる必要があることが重要です。感覚入力自体は、異なる電気信号であり、異なる文脈にあります。[ 6 ]感覚処理を通して、脳はすべての感覚入力を首尾一貫した知覚に関連付けることができ、最終的に生物の環境との相互作用はこの知覚に基づいています。
さまざまな感覚は、常に脳の別々の葉（投射領域と呼ばれる）によって制御されていると考えられてきました。 [ 7 ]脳の葉は、脳を解剖学的にも機能的にも分割する分類です。[ 8 ]これらの葉は、意識的な思考を司る前頭葉、視空間処理を司る頭頂葉、視覚を司る後頭葉、嗅覚と聴覚を司る側頭葉です。神経学の初期の頃から、これらの葉はそれぞれ1つの感覚様式の入力のみを司ると考えられてきました。[ 9 ]しかし、最近の研究では、必ずしもそうではないことが示されています。20世紀半ば、ゴンサロは、皮質全体で機能的特異性が段階的に変化する皮質機能勾配を確立する研究を行いました。[ 10 ]
感覚情報の符号化に問題が生じる場合がある。この障害は感覚処理障害（SPD）として知られている。この障害はさらに3つの主要なタイプに分類できる。[ 11 ]
1930年代、ワイルダー・ペンフィールドはモントリオール神経研究所で非常に奇妙な手術を行っていた。[ 12 ]ペンフィールドは「神経外科の実践に神経生理学的原理を取り入れる先駆者」であった。[ 4 ] [ 13 ]ペンフィールドは、患者が抱えているてんかん発作の問題 を解決する方法を見つけることに興味を持っていた。彼は電極を使って脳皮質のさまざまな領域を刺激し、まだ意識のある患者に何を感じるかを尋ねた。このプロセスは、彼の著書『人間の大脳皮質』の出版につながった。患者が感じた感覚の「マッピング」により、ペンフィールドはさまざまな皮質領域を刺激することによって引き起こされる感覚を図示するに至った。[ 14 ] HP カントリー夫人は、ペンフィールドが発見をイラスト化するために雇った画家であった。その結果、最初の感覚ホムンクルスが構想された。
ホムンクルスは、体のさまざまな部分から得られる感覚の強さを視覚的に表現したものです。ワイルダー・ペンフィールドと彼の同僚ハーバート・ジャスパーは、電極を使って脳のさまざまな部分を刺激し、てんかんの原因となっている部分を特定するモントリオール法を開発しました。この部分は、最適な脳機能を取り戻すために外科的に切除または変更することができます。これらのテストを実施している際に、感覚皮質と運動皮質の機能マップがすべての患者で類似していることを発見しました。当時としては斬新であったため、これらのホムンクルスは「神経科学のE=mc²」として称賛されました。[ 12 ]
脳の機能的および構造的非対称性の関係に関する疑問には、まだ決定的な答えはありません。[ 15 ]人間の脳には、言語が主に脳の 左半球で処理される方法など、多くの非対称性があります。しかし、左半球を使って言語を処理する人と同等の言語能力を持つ人が、主に右半球または両方の半球を使用しているケースもあります。これらのケースは、一部の認知タスクでは機能が構造に従わない可能性があることを示唆しています。[ 15 ]感覚処理と多感覚統合の分野における現在の研究は、脳の側性化 の概念の背後にある謎を解き明かすことを目指しています。
感覚処理に関する研究は、脳全体の機能を理解する上で多くの示唆を与えてくれる。多感覚統合の主な役割は、複数の感覚様式を通して体内に蓄積される膨大な量の感覚情報を整理し、分類することである。これらの感覚様式は互いに独立しているだけでなく、非常に相補的な関係にある。ある感覚様式が状況の一側面に関する情報を提供する一方で、別の感覚様式は必要な他の情報を捉えることができる。これらの情報を統合することで、私たちの周りの物理世界をより深く理解することができる。
同じ対象物について複数の感覚入力が与えられるのは冗長に思えるかもしれませんが、必ずしもそうではありません。このいわゆる「冗長な」情報は、実際には私たちが経験していることが実際に起こっていることの検証なのです。世界の 認識は、私たちが構築する世界のモデルに基づいています。感覚情報はこれらのモデルに情報を提供しますが、同時にモデルを混乱させることもあります。感覚錯覚は、これらのモデルが一致しないときに発生します。例えば、視覚系が私たちをある状況で騙す場合でも、聴覚系が私たちを現実に戻すことができます。これは感覚の誤認識を防ぎます。なぜなら、複数の感覚様式を組み合わせることで、私たちが作り出すモデルははるかに堅牢になり、状況をより適切に評価できるからです。論理的に考えると、2つ以上の感覚を同時に騙すよりも、1つの感覚を騙す方がはるかに簡単です。
最も初期の感覚の一つは嗅覚です。進化の過程で、味覚と嗅覚は同時に発達しました。この多感覚統合は、初期の人類が食物から適切な栄養を摂取し、有毒物質を摂取していないことを確認するために必要でした。 人類の進化の過程で、他にもいくつかの感覚統合が早期に発達しました。視覚と聴覚の統合は、空間認識に必要でした。視覚と触覚の統合は、より優れた手と目の協調性を含む、より細かい運動能力とともに発達しました。人類が二足歩行の生物へと進化するにつれて、バランス感覚は生存にとって飛躍的に重要になりました。視覚入力、前庭（バランス）入力、固有受容感覚入力の多感覚統合は、私たちが直立歩行へと進化する上で重要な役割を果たしました。
おそらく最も研究されている感覚統合の 1 つは、視覚と聴覚の関係です。[ 16 ]これら 2 つの感覚は、同じ物体を異なる方法で認識し、この 2 つを組み合わせることで、この情報をよりよく理解するのに役立ちます。[ 17 ]視覚は、私たちの周囲の世界の認識を支配しています。これは、視覚空間情報が最も信頼性の高い感覚様式の 1 つであるためです。視覚刺激は網膜に直接記録され、物体の真の位置について脳に誤った情報を提供する外部の歪みはほとんど、あるいは全くありません。[ 18 ]他の空間情報は、視覚空間情報ほど信頼性が高くありません。たとえば、聴覚空間入力を考えてみましょう。物体の位置は、音だけで判断できる場合もありますが、感覚入力は簡単に変更または修正される可能性があるため、物体の信頼性の低い空間表現になります。[ 19 ]したがって、聴覚情報は、視覚刺激とは異なり、空間的に表現されません。しかし、視覚情報から空間的なマッピングが得られれば、多感覚統合によって視覚刺激と聴覚刺激の両方からの情報を統合し、より強固なマッピングを作成することができる。
複数の感覚を刺激する出来事からの聴覚入力と視覚入力を一致させるための動的な神経メカニズムが存在することを示す研究が行われています。[ 20 ]観察されたこの例の 1 つは、脳がターゲットの距離をどのように補正するかです。誰かと話したり、何かが起こっているのを見たりしているとき、聴覚信号と視覚信号は同時に処理されているのではなく、同時であるかのように知覚されます。[ 21 ]このような多感覚統合は、腹話術効果という形で視覚聴覚系にわずかな誤認識をもたらす可能性があります。[ 22 ]腹話術効果の 1 つは、テレビに映っている人の声がテレビのスピーカーからではなく、その人の口から出ているように見えることです。これは、脳内に、声が他の人間の口から出ていると考えるようにプログラムされた既存の空間表現があるために起こります。これにより、音声入力に対する視覚反応が空間的に誤って表現され、したがって位置がずれてしまいます。
手と目の協調は、感覚統合の一例です。この場合、対象物について視覚的に知覚する情報と、同じ対象物について触覚的に知覚する情報を密接に統合する必要があります。これら2つの感覚が脳内で統合されていなければ、対象物を操作する能力は低下します。目と手の協調は、視覚系における触覚です。視覚系は、あまり動かないという意味で非常に静的ですが、触覚感覚の収集に使用される手やその他の部位は自由に動かすことができます。この手の動きは、触覚と視覚の両方の感覚のマッピングに含まれていなければ、手をどこに動かしているのか、何に触れて何を見ているのかを理解することはできません。この例を乳児に見てみましょう。乳児は物を拾い上げて口に入れたり、足や顔に触ったりします。これらの行動すべてが、脳内に空間マップの形成と、「あれ、この物体を動かしているものは実は自分の一部なんだ」という認識へと繋がっていく。自分が感じているものと同じものを視覚的に認識することは、乳児が腕を動かして物体と相互作用できることに気づき始めるために必要なマッピングにおける重要なステップである。これは、感覚統合を経験する最も初期かつ最も明確な方法と言える。
将来的には、感覚統合の研究は、さまざまな感覚様式が脳内でどのように組み込まれ、最も単純なタスクを実行するのに役立つかをよりよく理解するために利用されるでしょう。たとえば、神経回路が感覚の合図を運動活動の変化に変換する方法を理解するのに必要な理解は現在ありません。感覚運動システムに関する研究をさらに行うことで、これらの動きがどのように制御されているかを理解するのに役立ちます。[ 23 ]この理解は、より優れた義肢を作る方法をよりよく学び、最終的には手足の機能を失った患者を助けるために利用できる可能性があります。また、さまざまな感覚入力がどのように組み合わされるかについてより深く学ぶことで、ロボット工学を使用した新しい工学的アプローチに大きな影響を与える可能性があります。ロボットの感覚デバイスはさまざまな様式の入力を取り込むかもしれませんが、多感覚統合をよりよく理解すれば、これらのデータを私たちの目的に役立つ出力に変換するようにロボットをプログラムできるかもしれません。
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