The Japanese Psychonomic Society
NII-Electronic Library Service
The Japanese Psyohonomio Sooiety
7
’
he faPanEseJt」umal o／P．
〜：】
chonomic Science2008
，
Vo且．
27．
No．
1，
71−
74講 演論 文
力 動 的因
果
モデ
ルが
基 礎
心 理
学
に果
た
す
役
割
実
吉
綾
子
帝 京大学
The
role
of
dynamic
causal
modelling
in
psychonomic
science
Ayako
SANEYosHI
Teih）・
o ［）TniversitY ＊Functional magnetic resonance
imaging
〔fMRI
）has
been
usedfor
investigating
the corticalactivation for many kind of cognitive processing
．
In this papcr，
one of the latest effectiveconnecti ▽ity aロalysis
，
dynamic causal modelling （DCM 〕analysis，
was introduced．
Effective con−
nectivityis
defined
as theinfluence
that oncbrain
region exerts over another，
DCM
aims toestimate and make
inferences
about the causalinfiuences
or coupling amongbrain
regions andhow this coupling is changed by the experimental manipulation at tlle neurQnal leveL By
introducing some studles using DCM ana ］ysis
，
the possibility of the effective connectivity analysisto unit cognitive information processing model and neural basis was discussed
．
Key
words ：fMRI ，
effective connectivity，
dynamic
causal modelingは じ め に 脳 機 能 画 像 計 測の進 歩は
，
認 知 機 能と神 経 基 盤 を 結 び つ け る手 法と して，
大 きく注 目さ れて きた，
認 知 機 能に 対 応 する脳 部 位の探 索に力がそ そ が れ，
言 語，
注 意，
記 憶，
物 体認識な ど さ ま ざ ま な基 礎心 理学の ト ピッ クに関 連 する脳 部 位が報 告され た，
一
方，
機 能に対応する脳 部 位 を探るだけの脳機 能画 像 計 測は骨 相 学と同 じであ り．
認 知機 能に対す る新 しい発 見 は ない とい う 批判も な さ れ た．
しか し脳 機 能 画 像 計 測は脳 部 位の 同 定に終わ るもの で は ない．
近年，
脳 部 位の結 合 関係 を検討す る ネッ トワー
ク分 析が注 日を集めて い る，
脳 部位の 結 合 関 係を検討す る．
手 法と して は，
機 能 的結合 （functional connectivity ） 分 析と効 果 的 結 合 （effective connectivity 〕分 析が あ る．
機 能 的 結 合 分 析 が，
離 れた部 位における活 性の 相 関を解 析す るの に対 して，
効 果 的 結 合 分 析で は事 前にモ デル を たて，
モ デルパ ラ メー
タ を推定す るこ とで，
あ る 脳部位 が ほ か の脳 部 位に影 響を及ぼすか ど う か を検 討 する．
認＊ Department of Psychology
，
Tcikyo
University，
3590tsuka
，
Hachioji・
shi，
Tokyo
l92−
0392知 的 課 題において
，
どの脳部位が活動し，
さ ら に脳部位 同十 が どの よ うに連携して い るの か を検討 す るこ とで，
課 題に関 わる処 理 要 素や情 報の や り とり を神 経 基 盤から 考 察 する こと がで きる，
すな わ ち，
脳 部 位の結 合 関 係 を 検討す ることで，
脳 機 能 画 像 計 測は骨 相 学を超え，
基 礎 心理学にお け る情 報 処理モ デ ル の 神経 基 盤を検 討 する た めの新 しい手法の一
っ と なる と考え ら れ る．
本 論 文で は，
効 果 的 結 合 分 析の一．
っ で ある動 的 因 果モ デ ル （Dy−
namic Causal Modelling ；DCM ）を用いた ネッ ト ワ
ー
ク分 析を紹 介 する
，
DCM 分 析は効 果 的 結 合 を 検 討 する手 法の つ で あ る
（Friston
，
Harrison，
＆ Perry，
2002 ；Frisotn，
2006 ）．
DCM
分析は，
脳神経 活動が 非線 形で動 的な もの で あ るこ と
，
実 験計画に基づ く 入力情報 （刺 激，
課題な ど ）の変 化に よ
っ
て その状 態が変 化 する こ と を考 慮して推 定を行 う
，
ま た，HRF
（Hemodynamic Response Function ｝を 用い て BOLD （Blood Oxygenation Level Depend
−
ent ）信 号をモ デル 化し てい る ため
，
結合モ デルを 神 経 学的なレ ベ ルで 検証で きる こ と が特 徴で ある
．
し た が って
，
課 題や刺激によっ てあ る領域が活性する か ど う か を検 討 するの と同 じ ように
，
課 題や刺 激に よっ て 領 域 間のCopyright
2008．
The
Japanese
Psychonomic
Society．
All rights reserved，
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72
基 礎心 理学研究 第27
巻 第 1号 結 合 強 度が変 化す る か どうか を検 討する こと が・J
能で あ る．
結 合 強 度の推 定に はベ イ ズ理論が用い られて い る．
DCM
分 析で は，
複 数の 入力と複 数の 出 力で 成り 立っ モ デ ル のCM
）を用い る．
こ の場 合，
入 力は実験デ ザ イ ン に よ っ て操 作 さ れるもの （刺 激や課 題な ど）であり，
出 力は各 領 域の BOLD 信 号で あ る．
DCM 分 析を行 うに は，
最 初に ネッ トワー
クを構 成す る部 位を決定 し，
結 合 関 係に つ い て の 仮 説を立て る 必要が あ る．
ま ず コ ン ト ロー
JV 条件やベー
ス ラインに基づ いて実験的 な 操 作の な い状 態での結 合 強 度が求め ら れる，
次に，
入 力が与え ら れて いる状 態，
たとえば視 覚 刺 激 が 乳示され 課 題 を 行う 状態で の 各部 位の 結合の 強さ を，
各 部 位の観 察さ れ た出 力とモ デ ルか ら推 定す る，
DCM 分 析は探 索 的な分 析で は な く仮 説 検 証 的な分 析で あ る た め，
事前に仮 説モ デル を持っ てい るこ と が 重 要で あ る．
基 礎心 理学 的なモ デ ル や解 剖 学 的な神 経 結 合を検 討 し，
仮 説モ デ ルを構 築し な け れ ばな ら な い．
近年，DCM
分 柝を用い た論文が多く発 表さ れ てい る．
Allen，
Mechelli，
Stephan．
Day ，
Dalton，
Williams，
＆McGuire （2007 〕は
，
文 章 完 成 課 題にお ける左 半 球の前 頭 前 野と側 頭 葉の効 果 的 結 合にっ い て 検 討した，
最 後の 単 語が書か れて い ない文章を読んで，
文 章と適 合す る単 語を答え る条 件 と，
適 合し ない単 語を答え る条 件を比 較 し た．
そ の結 果，
適 合しな い条 件の ほ うが，
左 中 側 頭回 か ら前 頭 前 野へ の結合が強い こと が示 唆 さ れ た．
彼ら は，
左中 側 頭 回で保 持さ れ る単 語の意 味 情 報が，
適 切な 同 答を選 択する 前 頭前野に送 ら れ て い る と解 釈 し て いる
．
ま た，
Booth，
Wood ，
Lu ，
Houk ，
＆Bitan
〔2007
〕は，
言語 処理にお け る小 脳と 基底 核の 役 割にっ い て
，
言 語 野 との結 合か ら検 討 を 行っ た．
結 果，
小 脳はri］，jE
”
語 野と相 互 結 合して い た が，
基 底 核は言 語 野へ 出 力は して い た が， 入力は受けて い な かっ
た．
彼ら はこ の 結 果か ら，
幕 底 核が皮 質の活 性の開 始に関 わ り，
小 脳 は情 報の フ ィー
ドバ ッ クを受けて 言語処理の調整を 行っ
て い ると結 論し て い る．
さ らに，Fairhal1
，
＆Ishai
（2007
〕は，
顔 処理に 関わる複 数の部 位の結 合 関 係につ い て検 討した．
顔 を 観 察す ること に よ り ド後 頭 回，
紡錘 状 同，．
ヒ側 頭溝の結 合 がフ ィー
ドフ ォ ワー
ド の方 向で強 化 さ れ た，
さ らに，
感 情のある顔は，
紡 錘 状回 と扁 桃 体の結 合を強 化 し た と報 告さ れて い る．
また，
有 名 人の顔は，
紡 錘 状 回か ら前 頭眼野の 結 合 を 強 化し た
．
ほ かに も，Brazdil，
Mikl，
Mare −
cek
，
Krupa ＆Rektor （2007 ）が，
odd bal1課 題に おける頭 頂 間 溝
，
帯 状 回 前 部，
前 頭 前 野か ら構 成さ れ るDCM を 検 討 し 注意に関 わ る ネッ ト ワー
ク シ ス テ ム を考 察して い る．
Siman−
Tov et a1．
（2008 〕は．
半 側 空 間 無 視の研 究 な ど か ら主 張されて きた注 意のバ イア ス にっ い て，
左 右 大脳 半 球の DCM 分 析に よっ
て 倹討 して い る．
ま た，
Grol
et al．
〔2007
）は，
把 持 動 作 時に把 持 する対 象に応じ て頭 頂 葉と前 頭 葉の結 合 関 係が 変 化す るこ とを報 告して い る．
この よ う に，
DCM
に よっ て， 課題にお け る脳部 位 間のや り と り を 明 ら かにす るこ とで，
これ まで役 割が不 明 確で あ っ た 部 位につ い て も，
課 題に お け る働 きを考 察 す る手が か り と な る．
ま た，
こ れ までの課題に関連 す る 部 位を検 討するだ けで は検 証が難 し か， た現 象や仮 説に っ いて も，
検 討 する ことが可 能とな っ て き てい る．
次に，
物体認 識にお ける定性 的情報 処理 と定 量 的 情 報 処 理に対 する左右 大 脳 半 球 機 能 差と，
DCM 分 析に よ る 効 果 的 結 合の半 球 機 能 差にっ い ての 実 験を報告す る．
物
体の定性
的 ・定 量 的情
報 処 理 と 左 右 大 脳 半 球 機 能 差 視覚情 報 処理 は定 性 的 情 報と定量的 情 報の2
種 類の 表現力竡J
能で あ る（Kosslyn，1987，
1994）．
定 性 的 情 報 は，
視 覚 情 報を言 語 的ラベ ル 付けの可能な カ テ ゴ リ に分 類し て表 現し た情 報で あ る．一
方，
定量的情報は．
情 報 を分 類せず座 標 的に表現 し た情報で ある．
定性 的 情 報 処 理 と定 量 的 情 報 処 理は，
異なる神 経 基 盤，
すな わち 左 右 大 脳 半 球に お い て 優 先 的に 処 理さ れ る とKosslyn
（1987，
1994〕は 示 唆 して い る．
彼 らの主張に よれ ば，
定 性 的 情 報は左 半 球に，
定 量 的 情 報は右 半 球におい てそれ ぞ れ処理され る ほ う が よ り効 率 的に外 界 を 理 解 し，
行 動 す ること がで き る．
こ のKosslyn
〔1987，
1994）の理論 はコ ン ピュー
タシ ミュ
レー
シ ョ ン，
行 動 実 験，
神 経 心理 学 的 研 究な ど，
多 くの 実 験に よ っ て 支持さ れて い る （Jager
＆Postma ，2003
， レ ビ」一
と して）．
こ の よ うに，
定性 的情報 と定量的情報が 左右 大 脳 半 球 に処 理 優 位 性が ある ことは，
行 動 実 験や，
脳 損 傷 研 究 か ら明ら かに されて きた．
しか し大 脳半球は さ まざま な部 位に分か れて いる．
こ の よ う な 左 右大 脳 半 球 機 能差 はど の よ う な部 位の活 性に よ っ て 生 じて い るの だ ろ う か．
Saneyoshi，
Kaminga ，
＆Michimata
（2006 〕は，
実験参 加 者が物 体の定 性 的 情 報，
もし くは定 量 的 情 報を符 号化 す る必 要の あ る課 題を行 わせ，
機 能 的 MRI に よっ て 脳 活 動を計測 し，
そ れ ぞ れ の 情 報 処理に 関わ る領 域， さ ら に左右大 脳 半 球で活性に差 が あ る領 域を検 討 し た．
その 結 果，
定 性 的 情 報を符 号化する必要のある カ テ ゴ リ間 レ ベ ルでの弁 別 課 題で は，
左 半 球の ド頭頂小 葉が右 半 球よ り も有意に強 く賦 活して い た．
右 半球におい て左半 球よ り も有 意に強 く賦 活 した部 位は認め られ な か っ た．
方，
定 量 的 情 報を符 号 化す る 必 要の あ るカ テ ゴ リ内 弁別 N工 工一
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実 占：力 動 的閃果モ デルが某 礎心 理学に 果 た す役 割
73
課 題で は，
右 半 球の 上 後 頭 溝か ら ド頭 頂 小 葉が左 半 球よ りも強く賦活し た．
左半 球において右半球よ り も有意に 賦 活 した部 位は認め ら れ な かっ
た．
各 課 題におい て，
反 対半 球 よ り も優 位に 活 性し た部 位は，
空間関係 情 報 処理 に おい て 活性差が 認 め ら れ た部位と同 様で あ り （Baciu
etal．
，
1999），
処 理対 象の 複 雑さに よ らず，
定 性 的，
定 量 的 情 報 処理に関わる部位で あ るこ と が 示 唆 さ れ た．
定性
的 ／定量 的 情 報 処 理 お け る 脳 部 位の結 合 関 係；
DCM
分析
に よ る検討
で は，
物 体の定 性 的 情 報と定量 的 情 報 処理に対 して 左 右 大 脳半 球の活 性 差を示 し た頭 頂 葉 後 部は，
物 体 認 識に 関わる他の脳 部 位と どの よ うに結 合 関 係を築い て い るの だろ うか．
物 体 認 識に お け る定 性 的，
定 量 的 情 報 処理の ネ ッ トワー
ク構 造に っ い て DCM 分 析に よ る検 討を行っ た．
ネ ッ ト ワー
クを構 成す る 部 位 と して，Saneyoshi
et al，
（2006 ）で 左 右 大 脳 半 球 活 悌 差が認め ら れ た 左右 頭 頂 葉後部，
形 態情報 処理 に関わ る と考え ら れ る LOC 〔］at−
eral occipital complex ）， そ して視覚情 報が まず 入力さ
れる後 頭 葉 初 期 視 覚 野を想 定 し た
．
これ らの 部 位が各課 題に お い て ネ ッ トワー
クを形 成して い る のか ど う か，
さ ら に 左右 大脳半球で結 合 関 係に違いはあるの か ど う かに つ い て DCM 分 析に よっ て検 討し た．
その結果，
定 量的 課 題において，
右 半 球の後 頭 葉からLOC，
頭 頂葉 後 部へ の 結合，
LOC と 頭頂 葉 後 部の 相 互 結 合の強 化が認め ら れ た．
右 半 球の頭 頂葉後部 とLOC
の 相 互結合 は，
定性 的 課 題や，
定 量 的 課 題の 左 半 球にお い て は認め られな か っ た．
す な わ ち，
右半 球の頭頂葉 後 部とLOC 領 域の 結 合は，
定量的 情 報 処理 を用い た物体認識処 理 を反映し て い る と考え ら れ る．
これ らの結 果か ら，
物体認識にお い て定 性 的 情 報と定量的 情 報の ど ちらを 重点 的に用い る か に よっ て，
脳 部 位の結 合 関 係 が 変 化 する・∫能 性が示さ れ た．
かつ て定 性 的，
定 最 的 情 報 処 理に対 する左 右 大 脳 半 球 機 能 差は，
脳 損 傷な どの神 経 心理学，
そ して．
半 視 野 瞬 間 呈示法 を用い た行 動 実 験に よ っ て検 討さ れて い た．
し か し脳 機 能 画 像 計 測の発達 によっ
て， 左 右大 脳 半 球の活 性 差を検 討す る こ と が で きる よ うに な り，
こ れまで 左 半 球，
右L
卜球とい うい わば 2 ピ ク セ ル の解 像 度で議 論さ れ て い た もの を，
よ り詳 細な脳 部 位の レベ ル で 見ることが で きる よ うに なっ
た．
さ らに本 論 文で 紹介 し た よ う な ネ ッ トワー
ク分 析に よっ て，
定 性 的 情 報 と定 量 的 情 報 処 理 が物 体認識におい て どの よ う な役 割を果た して い るの かを，
脳 部 位の結 合 関 係か ら類 推で きる可 能 性が示 唆さ れる，
お わ り に 本 論 文で は，
脳 機 能 画 像 計 測に よ っ て課 題 に関わ る部 位 を特 定 し，
さ らにその結 合 関 係 をDCM 分 析に よ っ て 検 討 可 能で あ るこ とを 報 告 した．
脳 機 能 画 像 計 測は，
こ れ まで 培っ て きた脳 部 位 と機 能の 対応を もとに，
脳部 位 同士の 結 合 関 係を検 討で き る よ うに なっ
た ことで．
基礎 心 理学の一
手 段と して よ りいっ そ う活用で きる ので は な いだ ろ うか，
引 用 文 献Allen
，
P．
，
Mechelli，
A，
，
Stephan，
K．
E．
，
Day，
F．
，
Dalton，
J．
，
Williams，
S．
、
＆ McGuire，
P．
K．
（2008 ）．
Fronto・
temporal
interactions
during
overt verbalinitia
−
tion
，
and suppression．
ノburnalof Cognitive Neurosci−
ence
，
20（9
），
1656−
1669．
Baciu
，
M．
，
Koenig，
O ．
，
Vernier，
M．
P．
，
Bedoin，
N．
，
Rubin，
C
．
，
＆ Segebarth，
C．
〔1999〕．
Categor 正cal and coordi−
nate spatial relations ：fMRI evidence for hemi
・
sPheric specializa 亡
ion．
Neutoreport
，10，1373−1378．
Booth，
J．
R ．
，
Mehdiratta，
N ，
，
Burman ，
D ．
D ．
，
＆Bitan，
T．
（2008 ｝
．Developmental
increases in effective con−
nectivity to
brainregions
involved
irl
phonQlogicalprocessing
during
tasks with orthographicde−
mands
．
Brain Reseαrch，
1189，
78−
89．
Brazdil
，
M．
，
Mikl，
M．
，
Marecek，
R．
，
Krupa，
P．
，
＆Rektor，
1
．
（2007 ）．
Effective connectivjty in target stimulusprocessing：adyrlamic causal modehng study of
visual oddball task
．
AVeuroimage，
35 ，827−
835，
FairhaII
，
S．
L．
，
＆ Ishai，
A．
（2007 ）．
Effective connec−
tivity within the
distributed
cortical networkfor
face
perception．
Cerebrat
Cortex，17，2400−2406．
Friston
，
K．
，
Harrison，
L．
，
＆ Penny，
W．
（2003 ｝．
Dynamic
Causal
Modelling．
N砌アo伽 αgθ，
19，
1273−
1302，
Friston
，
K．
（200．
Dynamic Causal Models for MRI ：In Friston
，
K．
〔EdJ，
Statisticat
Parametn’
c Mapping
The Anatysis of Functional Brain Images
，
pt ed．
London
，
Academic Press．
pp．
541−
560．
Grol
，
M．
J
．
，
Majdandzic，
J．
，
Stephan，
K，
E．
，
Verhagen，
L
．
，
Dijkerman，
H．
C ．
，
Bekkering，
H．
，
Verstraten，
F．
A
．
，
＆ Toni，
1．
（2007 ）．
Parieto−
frontal connectivity
during
visually guided grasping．
丿b
πγηα’of八「eurc）−
science
，27，
l
l
877−11887．
Jager
，
G ．
，
＆Postma ，
A ．
（2003
）．
On
the
hemispheric
specialization
for
categorical，
＆ coordinate spatialrelations ：Areview of the current evidence
．
ハJeuro−
Psy
（｝hologia，41，504−515 ．
Kosslyn ， S
．
M．
（1987）．
Seeing，
＆ imagining in the cerebral hemispheres ：Acomputational
approach，
Psychologicat Review
，
94，
148−
175．
Kosslyn，
S．
M ．
（1994
）．
Image
αndBrain．
Cambridge
MA ：MIT Press
，
The Japanese Psychonomic Society
NII-Electronic Library Service
The JapanesePsychonomic Society
