楽器を演奏する方法を学んだことがある人は、シート上のノートを指の動きに翻訳することは最初は労力がかかりますが、時間の経過とともに徐々に自動化されることを知っています。 この運動学習の広く評価された特徴は、1967年にPaul FittsとMichael Posnerによって記述されました。 人間のパフォーマンスと題された本では、よく知られている心理学者は、認知段階、連想段階、自律段階の3つの段階の運動能力の学習を提案しました。
最初の段階では、動きは遅く、一貫性がなく、非効率的であり、動きの大部分は意識的に制御されています。 第二段階では、動きはより流動的で信頼性が高く、効率的になり、動きの一部は自動的に制御されます。 そして第三段階では、動きは正確で、一貫しており、効率的であり、動きは主に自動的に制御されます。 しかし、運動学習のさまざまな段階が脳の神経系にどのようにマッピングされるかは正確には明らかではありませんでした。
今回のPLOS Biology誌に掲載された研究では、南カリフォルニア大学のNicolas Schweighofer氏と東京大学の今水博氏が、計算モデリングと行動および機能的磁気共鳴イメージング(fmri)データを組み合わせて、異なるタイムスケールの運動記憶の脳全体のマップを作成しました(図1)。 著者らによると、この知見は古典的な心理学的理論に新たな光を当て、脳損傷後の運動能力のリハビリのための戦略を改善するために潜在的に使用
学習は異なる時間スケールで異なる脳領域で行われます。 図の4つのパネルは、変化の速度を特徴付ける時定数を表しています。 画像提供：食べログの今水博さん（元画像）
新しい研究では、21人の健康なボランティアが視覚運動適応タスクを実行し、脳活動をfMRIで測定しました。 各試行の開始時に、画面の中央に白い十字（カーソル）が現れ、被験者はジョイスティックを操作して、画面の上部に現れた赤または青の円にカーソルを移動 カーソルは実際の移動方向に対して40度回転しました。 時間の経過とともに、被験者はジョイスティックの動きを反対方向に調整することによってこの回転に適応することを学びました。
行動データにより、運動学習の複数の段階が明らかになり、9つの試験のブロック内で高速適応が発生し、ブロック全体で低速適応が発生しました。 その後、研究者らは、どの神経系が運動学習のさまざまな段階に関与しているかを決定するモデルを開発しました。 彼らは、5秒以内に行われる高速学習が、前頭および頭頂の脳領域の活動と関連していることを見出した。 対照的に，二分から約一時間半の間の中間学習は下頭頂葉の前部領域の活動と関連していた。 最も遅い学習段階は、数時間にわたって展開され、運動制御において重要な役割を果たす脳領域である小脳の前部から内側の部分の活動と関連していた。
これらの知見は、前頭領域が注意、覚醒、視覚運動解析、空間作業記憶、手の動きの記憶、および運動計画の初期学習段階に関与していることを示す過去の研究と一致している。 同様に、頭頂部領域は、精神的および視覚的-運動的回転の初期学習段階において役割を果たすことが知られている。 今回の知見をまとめると、運動学習の初期の認知段階と連想段階は前頭葉と頭頂葉の脳領域を募集するのに対し、自律学習の後期段階は前中葉小脳に依存することが示唆されている。 このように、複数の補完的な技術を組み合わせることにより、研究者は数十年前に提案された古典的で影響力のある心理学的理論へのより深い洞察