ネットワーク科学 増田直紀

錯視現象における脳内ダイナミクス

キーワード：脳・神経，fMRI, 適応度地形，双安定，イジング・モデル，アトラクタ・ダイナミクス

錯視は，同じ刺激を見ているのに知覚が入れ替わる現象であり，ルビンの壺（壺の絵のように見えたり、2人の向かい合う顔の絵のように見えたりする）はその例である．錯視現象の説明として，2つのお椀が連結したような地形（適応度地形と呼ばれる）の中をボールが移動するという描像は，以前から提案されている．1つのお椀の底が1つの知覚（片方のお椀が壺の絵で，もう片方が2人の顔の絵）に対応し，ボールは脳の状態を表す，というわけである．お椀の高さはエネルギーを表し，お椀の底は，エネルギーが極小の状態を表す．しかし，この説明を支持する脳信号のデータは特に存在しない．

本研究では，錯視刺激を見ている人間から取得した fMRI データから，我々の先行研究で用いた最大エントロピー法 [Watanabe et al. Nat Comm (2013)] で脳の適応度地形を構成し，適応度地形内における脳状態（ボールに対応）のダイナミクスを解析した．その結果，実験データからは3つのすり鉢が得られ（下図），お椀の意味も先行研究の場合とは異なっていた．すなわち，下図のピンクで表される「お椀」では視覚野の活動が支配的であり，知覚の安定化を表していた（ルビンの壺に喩えて言えば，錯視刺激が壺に見える時間が長くなる）．図の青で表されるお椀では前頭野が支配的であり，知覚の切り替えに関係していた（例えば、壺の知覚から2人の顔の知覚への切り替え）.

図：双安定な視覚現象における脳内ダイナミクスの模式図．ピンク色は視覚野が優勢な状態，青は前頭野が優勢な状態，黄色はピンクと青の中間の状態を表す．脳の図は，各状態でどの脳領域が活動しているかを表す（赤丸：活動が高い，青丸：活動が低い）．緑は脳状態のダイナミクスを表す．