脳内の手話

手話とは、意味を表現するために手やボディランゲージによって生み出される視覚的なジェスチャーを使用する自然言語を指します。脳の左側は、発話の場合と同様、手話の生成と理解に主に利用されます。^[1] 1861年、ポール・ブローカは、話し言葉を理解する能力はあるが、それを生成できない患者について研究しました。損傷を受けた領域はブローカ野と名付けられ、左半球の下前頭回（ブロードマンの44、45野）に位置していました。その後まもなく、1874年にカール・ウェルニッケは、逆の障害を持つ患者について研究しました。患者は話し言葉を生成できましたが、理解することができませんでした。損傷を受けた領域はウェルニッケ野と名付けられ、左半球の上側頭後回（ブロードマンの22 野）に位置していました。

ブローカ野に損傷がある手話使用者は、手話の発話に問題を抱える。脳の側頭葉にあるウェルニッケ野（左半球）に損傷がある人は、手話の理解に問題を抱える。ブローカ野は顔と口を制御する運動皮質の部分に近いことが早くから指摘されていた。同様に、ウェルニッケ野は聴覚皮質の近くにあった。これらの運動野と聴覚野は音声言語の処理と発話に重要であるが、手話とのつながりはまだ明らかにされていなかった。このため、左半球は言語半球と呼ばれ、右半球は空間タスクを担当すると考えられていた。この基準と分類は、皮質の接続性の類似性により、手話と音声言語は言語的および認知的に同等であるという意見が広く一致するまで、手話は音声言語と同じではないと非難するために使用されていた。

1980 年代、左半球脳卒中を患った聴覚障害患者の脳と手話とのつながりを調べる研究が行われた。左シルビウス周囲領域は、言語、音声、手話にとって機能的に極めて重要であることがわかった。^{[1] [2]この領域はいくつかの重要な聴覚処理領域に近いことから、}言語処理には聴覚入力が必要であるという考えが生まれ、手話が「本当の言語」ではないという疑いがかけられた。^[2]この研究は、言語分析と手話に関するさらなる研究への扉を開いた。手話は音声言語と同様に、高度に構造化された言語システムであり、独自の音韻、形態、統語的特徴を持っている。音声言語と手話には多少の違いがあるものの、関連する脳領域には多くの共通点がある。^[3]

聴覚を司る主要な構造の 1 つが蝸牛で、耳の中にある小さなコイル状の構造です (図 2 参照)。^[4] これは、損傷すると難聴を引き起こす可能性がある構造の 1 つです。音波が耳に入ると、鼓膜が振動します。この振動により耳小骨が動き、卵円窓がくぼみます。このくぼみによって蝸牛の体液に波が生じ、基底膜の動きが始まります。基底膜の異なるセクションは異なる種類の音に反応する役割を担っており、特定の音の波は基底膜の担当部分でピークに達します。このプロセスにより、音が有毛細胞受容体を介して神経活動に変換されます。これらの受容体にはステレオシリアがあり、これが動くと 前庭蝸牛神経に神経伝達物質が放出されます。

前庭蝸牛神経は蝸牛核を使って延髄の上部でシナプスを形成します。^[5]これは上行聴覚路の始まりと考えられています（図1参照）。次に蝸牛核は情報を上オリーブ核に送り、脳の情報解釈と統合のプロセスを開始します。脳は各耳の音のタイミングと強度の違いを理解することで音源の位置を特定することができます。^{[5]この情報は}下丘に続き、上行聴覚情報の大部分を統合する上で重要な位置を占めます。下丘はこの情報を視床内の内側膝状体核に送ります。視床は最終的に受け取った情報を側頭葉にある聴覚皮質に投影します。

左半球と右半球の両方に、音声言語と手話に関連する脳構造があります。音声言語と手話はどちらも同じ皮質基質に依存しています。^[2] これは、左半球が発話だけでなく、言語のあらゆる側面の処理を担っていることを示しています。しかし、手話能力の基礎となる神経組織は、主に右半球で処理される視空間処理の基礎となる神経組織よりも、音声言語との共通点が多いです。^[2]前頭葉から後頭葉にわたる領域に左半球損傷（LHD）がある患者は、ブローカ失語症とウェルニッケ失語症の両方の症状を示しました。患者は、手話や文章の理解、流暢な手話など、多くの言語ベースのタスクで成績が悪かったです。LHD後の聴覚患者の「舌の滑り」と同様に、聴覚障害のあるLHD患者は錯語症、つまり「手の滑り」を経験した。こうした手の滑りは通常、正しい位置と動きで間違った手の形をすることを伴う。これは、健聴の患者が「fine」の代わりに「bline」または「gine」と言うのと似ている。^[6]しかし、右半球の損傷によっては手話に支障が出ることがある。RHD患者では手話空間の地理的使用が不正確であることが多く、手話空間における手の位置と物理空間における物体の位置の関係が損なわれることが多い。しかし、誤解されるのではなく、文中の主語と目的語が文中の他の主語と目的語に対して単に間違って配置されているだけである可能性がある。例えば、「鉛筆は本の上にある」と言うのではなく、「鉛筆は本の中にある」と言うなどである。^[6]この実験の頃、手話では音声言語には見られない右半球の未説明の関与があるのではないかという説がコミュニティで広まり始めた。これらの説は手話言語学者にも採用され、さらなる画像研究と神経心理学的検査で右半球の活動の存在が確認された。^{[7]これまでの音声言語に関する右脳の研究により、}談話の連結性と韻律における右脳の役割に関する理論が確立されている。右脳は視覚的な動きの検出、処理、識別を助けると考えられている。^[2]右脳は体の動きや位置の知覚にも役割を果たしていることが示されている。^[2]これらの右脳の特徴はすべて、音声言語よりも手話で顕著であるため、手話は音声言語よりも右脳を多く使用するという議論がある。

EEGなどの脳画像技術が発達し、一般的になるにつれ、それは最終的に手話理解に応用されました。EEG を使用して事象関連電位を記録すると、特定の脳活動をリアルタイムで言語処理と相関させることができます。以前に聴覚障害のある患者にERPを適用したところ、構文エラーに関連する左半球の神経活動が示されました。^[2]聴覚障害のあるネイティブの手話話者に電極を​​接続すると、事象関連電位に関連する同様の構文異常が左半球と右半球の両方で記録されました。これは、アメリカ手話 (ASL) の構文処理が左半球に偏っていないことを示しています。^[2]

それぞれの言語でコミュニケーションをとるとき、いくつかの例外を除いて、聴覚障害のある被験者と健聴者の両方で同様の脳領域が活性化されます。音声言語の聴覚刺激を処理する際には、ブローカ野、ウェルニッケ野、角回、背外側前頭前皮質、および上側頭溝内で検出可能な活動があります。^[8]健聴者が英語の文章を暗唱した場合、右半球の活動は50％未満の試行で検出されました。聴覚障害のある被験者に英語を読むように指示すると、健聴者に見られる左半球の構造はどれも見えませんでした。^[8]聴覚障害のある被験者は、右半球内で明らかな中部および後部側頭頭頂の活性化も示しました。^[8]健聴者が、母国語の手話話者の感情を呼び起こすように設計されたさまざまな手話を提示された場合、従来の言語処理中枢の脳活動に明らかな変化は見られませんでした。しかし、ASLの処理では、上側頭葉全体、角領域、下前頭前野の顕著な活性化を含む右半球構造が広範囲に動員されました。母国語が聴覚に恵まれた手話者もASLを処理する際にこの右半球の活性化を示したため、この右半球の活性化は手話処理に必要な時間的視覚空間デコードによるものであると提案されています。^[8]

2017年に発表された同様の研究では、フランス手話を使用する聴覚障害者が、フランス手話と書き言葉のフランス語を処理している最中の様子が研究された。それぞれの言語の処理中、後頭葉、上側頭溝付近の側頭葉、前頭回で両側の活性化が見られた。^[9]手話の処理では、両側の後頭葉、両側の後側頭葉、視床でより強い活性化が見られた。また、特に右半球の構造、すなわち上側頭溝、紡錘状回、下前頭回で強い活性化が見られた。^[9]手話の処理とは対照的に、被験者が書き言葉のフランス語を処理しているときには、両側と左半球で強い活性化が見られた。両側の活性化を示した領域は、下頭頂葉、紡錘状回、ブロードマン領域44などであった。左半球に側方化された領域は、視覚的な単語の形の場所にある鳥骨回と紡錘状回であった。^[9]

先天性の聴覚障害を持つ人と、後年聴覚障害を持つ人との間には、神経解剖学上の大きな違いがあると考えられています。^[10]そのため、聴覚障害を持つ人のニューロンの接続と投射の違いに関する研究は、先天性の聴覚障害と出生後の聴覚障害の2つのグループに分ける必要があると広く考えられています。構造的脳画像では、聴覚障害を持つ人と健聴者では、最初に学んだ言語に関係なく、聴覚皮質の白質の容積が異なることが一般的に示されています。^{[10]聴覚障害を持つ人は、左右の}ヘシュル回や上側頭回など、特定の聴覚皮質で灰白質と白質の比率が大きいと考えられています。^[11]この比率が高いのは、聴覚障害を持つ人のヘシュル回と上側頭回の白質が全体的に少ないためだと考えられています。全体的に、聴覚障害のある人の聴覚皮質は、聴覚刺激の不足の結果として灰白質比が増加しており、これが髄鞘形成の低下と聴覚皮質との間の投射の減少につながると一般的に考えられています。^[11]

先天性の聴覚障害を持つ人は、脳の可塑性に関する洞察を提供できると考えられてきました。聴覚処理のための聴覚接続性と脳容積の減少は、聴覚障害を持つ人にとってより重要な視覚皮質を強化する機会を提供します。^[12]カルカリン溝は、人間の一次視覚皮質の中心として機能します。先天性の聴覚障害を持つ人は、健聴者よりもカルカリン皮質の容積が測定可能なほど大きいです。^[12] 聴覚障害を持つ人の視覚皮質の容積とサイズの増加は、視覚処理の強化につながる可能性があります。聴覚障害を持つ人は、事象関連電位を介して、新しい視覚刺激に対する感度と反応性の向上を示しました。これは、行動強化につながる脳の可塑性の証拠です。^[13]

1992年に発表されたある実験では、視覚的心的イメージが、 ASL手話者（聴覚障害のある人と健聴者）と聴覚障害のない非手話者を対象に研究された。これらの聴覚障害のある手話者は、聴覚障害のある両親のもとに生まれ、ASLが母国語であった。この研究で検討されたもう1つの側面は、母国語手話者と、より年をとってから手話を学んだ人との違いであった。この実験では、母国語手話者は、聴覚障害のある両親のもとに生まれ、そのため幼少期に言語を吸収し始めた聴覚障害のある個人とみなされている。その他の聴覚障害のある手話者の母国語は手話であるが、2歳から16歳まで手話を学ぶことはなかった。^[14]

単純な画像と複雑な画像を生成する実験では、聴覚障害者が最も速く、次いで聴力のある手話使用者、聴力のある非手話使用者の順となった。これは予想通りであったが、結果のグラフを見ると、単純な画像と複雑な画像に関しては、聴力のある手話使用者は聴覚障害者の手話使用者とほぼ同じ結果を示したが、より遅かっただけであった。^[14]聴力のある非手話使用者は単純な画像については正確に追従していたが、反応時間が大幅に長かった。^[14] 少なくともこの分野では、視覚空間言語の経験があると反応時間が速くなる。

この結果は、手話処理に使われる脳の能力が、非手話者に比べて強化されていることと一致している。被験者がテストされたのは、心的回転と鏡像反転である。手話者は鏡像反転で有利であったが、心的回転では手話者と非手話者の間に差はなかった。これらの結果から、手話者がイメージ変換能力に優れていると言うのは正しくないかもしれないが、イメージの回転能力は優れている可能性がある。この実験により、能力強化の原因は聴覚剥奪によるものか、視覚空間言語の使用によるものかが疑問視された。手話を第一言語として学んだ聴覚手話者が、この疑問を解く鍵となるかもしれない。^[14]

手話は主に聴覚障害者や難聴者、または聴覚障害者や難聴者と親しい関係にある人々によって使用されていますが、手話は言語によるコミュニケーションが困難な他の症状にも有益です。これらの障害には、発音、流暢さ、発声の問題が含まれます。^[15]

失語症

これは、発話に関わる動作を計画する脳の能力に影響を与える障害です。^[16]この障害では、人は自分が言いたいことを認知的に理解していますが、その考えを言葉で表現することができません。言語失行症は、後天的なものと、生まれつきのものがあります。後天性の失行症は、発話の生成に使用される脳の一部が損傷したために起こり、生まれつきの失行症の原因は明らかではありません。

失行症の症状には次のようなものがあります。

• 音の歪み（母音など）
• 一貫性のない発言の誤り
• 音調、強勢、リズムの誤り

構音障害

これは、発声に使われる筋肉の衰弱、またはそれらの筋肉を制御する能力の低下によって起こる障害です。^[17]構音障害の一般的な原因には、神経系の障害や、顔、舌、喉の麻痺を引き起こす可能性のあるその他の障害があります。

構音障害の症状には次のようなものがあります。

• 不明瞭な話し方や遅い話し方
• 不適切な音量
• 早口
• 異常な発話リズム
• 単調な話し方
• 舌や顔の筋肉を動かすのが困難

失語症

これは、人が言語を理解し、話し、書く方法に影響を与える障害です。失語症は通常、外傷性頭部損傷または脳卒中の結果ですが、腫瘍や進行性疾患など他の原因も考えられます。^[18]失語症にはいくつかの種類があり、最も一般的な2つはブローカ失語症とウェルニッケ失語症です。失語症の種類によって、言語の理解と生成に異なる影響があります。

失語症の症状には次のようなものがあります。

• 短いまたは不完全な文
• 単語の誤った置き換え
• 認識できない単語
• 言葉が見つからない
• 読んでいる内容が理解できない

発声障害

これは声の障害であり、2つの異なるタイプがあります。低機能性発声障害は声帯または声帯ヒダの閉鎖が不完全であることが原因で発生し、高機能性発声障害は喉頭筋の過度の使用が原因で発生します。^[19]

発声障害の症状には次のようなものがあります。

• 息切れ、かすれ、または荒い声
• 音声の不安定さ
• 声の疲労

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