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文献詳細
増大特集 顔認知の脳内機構
脳磁図を用いた顔認知機構の解明
著者： 三木研作12 柿木隆介12
所属機関： 1自然科学研究機構生理学研究所統合生理研究系 2総合研究大学院大学生命科学研究科生理科学専攻
ページ範囲：P.727 - P.735
文献概要
はじめに
顔を認知することは，人間が日常生活を送るうえで，極めて重要な能力の1つである。顔の持つ情報には，性別，既知性，年齢などもさることながら，その人の感情までも含まれている。顔認知過程の解明に関して，ヒトの非侵襲的脳機能計測法，例えば脳波（EEG），機能的磁気共鳴画像法（fMRI），近赤外線分光法（NIRS）による研究が進められてきた。その中でも脳磁図（MEG）は，顔認知の解明に大変有用であると思われる。脳磁図とは，錐体細胞の樹状突起で生じる興奮性シナプス後電位によって生じる磁場（excitatory post synaptic potential：EPSP）を検出するとされている。また，頭皮上のセンサーで検出するためには，多数の錐体細胞が同期して活動する必要性がある。
脳磁図は，脳波とほぼ同じような脳の電気活動を検出していると考えられるが，活動源の推定においては，脳磁図のほうが有用である。脳波は，電導率の異なる脳脊髄液，頭蓋骨，皮膚を伝わって脳表に接着した電極で脳の電気活動を検出するが，脳で発生した電場は大きな影響を受け，頭皮上に置いた脳波電極から正確な脳の活動部位を知ることは困難である。一方，脳磁図では，透磁率は脳，脳脊髄液，骨，皮膚および空気でほぼ一定のため，発生した磁場はほとんど影響を受けず，より高い精度で活動源が推定できる。また，脳磁図は，血流変化を計測するfMRIやNIRSに比べ，時間分解能に優れている。私たちの研究室ではこの時間分解能，空間分解能に優れた脳磁図を用いて各種感覚の認知過程を解明してきた。また，その一環として顔認知過程の解明に関する研究も行ってきた。
Watanabeらは開眼顔，閉眼顔，目だけ，手，無意味図形の5種類の視覚刺激に対する脳反応を，脳磁図を用いて解析した1,2)。刺激提示後約100～120msecに，まず後頭葉の第1次視覚野に活動がみられた。この活動はどのような視覚刺激に対しても反応するものであった。次に顔あるいは目だけの刺激に対してのみ，刺激提示後約150～170msecで側頭葉下面の紡錘状回の活動がみられた。このような詳細な活動場所とその時間的経過の検討ができることが，脳磁図の最大の長所である。開眼顔と閉眼顔に対する反応の間に有意な差はみられなかったが，目だけの画像に対する反応時間（潜時）は顔全体の画像に対する反応時間よりも延長していた。これは，顔認知の初期には各部分の認知よりも「全体として顔であるかどうか」の認知のほうが重要であることを示唆している2)。
本稿では，筆者らが今まで行ってきた以下の研究を紹介させていただく3-7)。①顔の動きの認知に関連する脳活動，②口の動き認知による音声に対する初期聴覚野の活動への影響，③目の動きを認知するときの輪郭やパーツの影響，④輪郭や内部のパーツが倒立した際の顔認知への影響，⑤表情変化に対する誘発脳波の発達による変化。
顔を認知することは，人間が日常生活を送るうえで，極めて重要な能力の1つである。顔の持つ情報には，性別，既知性，年齢などもさることながら，その人の感情までも含まれている。顔認知過程の解明に関して，ヒトの非侵襲的脳機能計測法，例えば脳波（EEG），機能的磁気共鳴画像法（fMRI），近赤外線分光法（NIRS）による研究が進められてきた。その中でも脳磁図（MEG）は，顔認知の解明に大変有用であると思われる。脳磁図とは，錐体細胞の樹状突起で生じる興奮性シナプス後電位によって生じる磁場（excitatory post synaptic potential：EPSP）を検出するとされている。また，頭皮上のセンサーで検出するためには，多数の錐体細胞が同期して活動する必要性がある。
脳磁図は，脳波とほぼ同じような脳の電気活動を検出していると考えられるが，活動源の推定においては，脳磁図のほうが有用である。脳波は，電導率の異なる脳脊髄液，頭蓋骨，皮膚を伝わって脳表に接着した電極で脳の電気活動を検出するが，脳で発生した電場は大きな影響を受け，頭皮上に置いた脳波電極から正確な脳の活動部位を知ることは困難である。一方，脳磁図では，透磁率は脳，脳脊髄液，骨，皮膚および空気でほぼ一定のため，発生した磁場はほとんど影響を受けず，より高い精度で活動源が推定できる。また，脳磁図は，血流変化を計測するfMRIやNIRSに比べ，時間分解能に優れている。私たちの研究室ではこの時間分解能，空間分解能に優れた脳磁図を用いて各種感覚の認知過程を解明してきた。また，その一環として顔認知過程の解明に関する研究も行ってきた。
Watanabeらは開眼顔，閉眼顔，目だけ，手，無意味図形の5種類の視覚刺激に対する脳反応を，脳磁図を用いて解析した1,2)。刺激提示後約100～120msecに，まず後頭葉の第1次視覚野に活動がみられた。この活動はどのような視覚刺激に対しても反応するものであった。次に顔あるいは目だけの刺激に対してのみ，刺激提示後約150～170msecで側頭葉下面の紡錘状回の活動がみられた。このような詳細な活動場所とその時間的経過の検討ができることが，脳磁図の最大の長所である。開眼顔と閉眼顔に対する反応の間に有意な差はみられなかったが，目だけの画像に対する反応時間（潜時）は顔全体の画像に対する反応時間よりも延長していた。これは，顔認知の初期には各部分の認知よりも「全体として顔であるかどうか」の認知のほうが重要であることを示唆している2)。
本稿では，筆者らが今まで行ってきた以下の研究を紹介させていただく3-7)。①顔の動きの認知に関連する脳活動，②口の動き認知による音声に対する初期聴覚野の活動への影響，③目の動きを認知するときの輪郭やパーツの影響，④輪郭や内部のパーツが倒立した際の顔認知への影響，⑤表情変化に対する誘発脳波の発達による変化。
参考文献
1) Watanabe S, Kakigi R, Koyama S, Kirino E: Human face perception traced by magneto- and electro-encephalography. Brain Res Cogn Brain Res 8: 125-142, 1999
2) Watanabe S, Kakigi R, Koyama S, Kirino E: It takes longer to recognize the eyes than the whole face in humans. Neuroreport 10: 2193-2198, 1999
3) Miki K, Watanabe S, Kakigi R, Puce A: Magnetoencephalographic study of occipitotemporal activity elicited by viewing mouth movements. Clin Neurophysiol 115: 1559-1574, 2004
4) Miki K, Watanabe S, Kakigi R: Interaction between auditory and visual stimulus relating to the vowel sounds in the auditory cortex in humans: a magnetoencephalographic study. Neurosci Lett 357: 199-202, 2004
5) Miki K, Watanabe S, Honda Y, Nakamura M, Kakigi R: Effects of face contour and features on early occipitotemporal activity when viewing eye movement. Neuroimage 35: 1624-1635, 2007
6) Miki K, Takeshima Y, Watanabe S, Honda Y, Kakigi R: Effects of inverting contour and features on processing for static and dynamic face perception: an MEG study. Brain Res 1383: 230-241, 2011
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9) Watanabe S, Kakigi R, Puce A: Occipitotemporal activity elicited by viewing eye movements: a magnetoencephalographic study. Neuroimage 13: 351-363, 2001
10) Watanabe S, Kakigi R, Miki K, Puce A: Human MT/V5 activity on viewing eye gaze changes in others: A magnetoencephalographic study. Brain Res 1092: 152-160, 2006
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13) Bundo M, Kaneoke Y, Inao S, Yoshida J, Nakamura A, et al: Human visual motion areas determined individually by magnetoencephalography and 3D magnetic resonance imaging. Hum Brain Mapp 11: 33-45, 2000
14) McGurk H, MacDonald J: Hearing lips and seeing voices. Nature 264: 746-748, 1976
15) Wright TM, Pelphrey KA, Allison T, McKeown MJ, McCarthy G: Polysensory interactions along lateral temporal regions evoked by audiovisual speech. Cereb Cortex 13: 1034-1043, 2003
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17) Campbell R, Landis T, Regard M: Face recognition and lipreading. A neurological dissociation. Brain 109: 509-521, 1986
18) Sato W, Yoshikawa S, Kochiyama T, Matsumura M: The amygdale processes the emotional significance of facial expressions: an fMRI investigation using the interaction between expression and face direction. Neuroimage 22: 1006-1013, 2004
19) Batty M, Taylor MJ: The development of emotional face processing during childhood. Dev Sci 9: 207-220, 2006
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