大人の脳の視覚野には、顔に特化した小さな領域と、体や風景などの情景に強いこだわりを持つ領域が存在する。これまで神経科学者らは、子供のうちにこれらの領域が発達するには、何年もの視覚体験が必要であると考えてきた。しかし、マサチューセッツ工科大学（MIT）の新しい研究によると、これらの領域はこれまで考えられていたよりもずっと早い時期に形成されることが示唆された。生後2カ月から9カ月の乳児を対象とした研究では、乳児の視覚野の中に、大人と同じように、顔、体、風景のいずれかに強い選好性を示す領域が確認された。
「これらのデータは、これまでの発達のイメージを覆すものであり、乳児の脳は、我々が考えていたよりも早く、さまざまな点で大人に似ていることがわかった」と、MITのマクガバン脳研究所に所属する、本研究の上席著者のRebecca Saxe博士は述べている。
この研究者らは、機能的磁気共鳴画像（fMRI）を用いて、50人以上の乳児から使用可能なデータを収集した。これにより、これまでにない方法で乳児の視覚野を調べることができた。
MITの大学院生であり、本研究の筆頭著者であるHeather Kosakowski氏は、「この結果によって、多くの人が、乳児の脳、発達の出発点、そして発達そのものについての理解を深めなければならなくなるだろう」と語った。この研究は、2021年11月15日にCurrent Biology誌のオンライン版に掲載された。この論文は、「乳児の腹側視覚経路における顔、情景、身体への選択的反応（Selective Responses to Faces, Scenes, and Bodies in the Ventral Visual Pathway of Infants）」と題されている。
特徴的な領域
今から20年以上前、マサチューセッツ工科大学（MIT）のNancy Kanwisher博士は、fMRIを用いて、視覚野の小さな領域で、他の種類の視覚入力よりも顔に強く反応する「顔面神経節領域」を発見した。
その後、Kanwisher博士らは、体に反応する視覚野（体外領域：EBA）や風景に反応する視覚野（海馬傍場所領域：PPA）も発見している。
MIT脳・心・機械センターのメンバーであり、今回の研究の著者でもあるKanwisher博士は、「機能的に非常に特徴的な領域が、ほとんどすべての成人の同じ場所に存在している。そのため、これらの領域がどのように発達するのかという疑問が生じる。どのようにしてこれらの領域が形成されるのか、また、どのようにして一人一人が同じような構造を持つ脳を構築するのか。」
「これらの疑問に答える一つの方法は、このような選択性の高い領域が脳内で最初に形成される時期を調べることだ。長年の仮説では、これらの領域が特定のターゲットに対して徐々に選択的になるには、数年間の視覚的経験が必要だとされていた。視覚野を研究する科学者らは、4、5歳の子どもで同様の選択性パターンを発見しているが、それ以下の子どもを対象とした研究はほとんどなかった。」と述べた。
2017年、Saxe博士と大学院生の1人であるBen Deen氏は、fMRIを使って覚醒している乳児の脳を調べることに初めて成功したことを報告した。9人の乳児のデータを含むその研究では、乳児には顔やシーンに反応する領域があるものの、それらの領域はまだ高度に選択されていないことが示唆された。例えば、顔面神経節領域は、人体や他の動物の顔など、他のあらゆる種類の入力に対して、人の顔を強く好むということはなかった。
しかし、この研究では、被験者数が少なかったことに加え、乳児用に開発したfMRIコイルを使用していたため、成人用のコイルに比べて高解像度の画像が得られなかったという問題があった。
今回の研究では、より多くの乳児から、より良いデータを得ようと考えた。そこで、乳児にとって快適で、かつ、大人の脳の研究に使われるfMRIスキャナーと同等の解像度を持つ、新しいスキャナーを開発した。
乳児は、親と一緒に専用のスキャナーに入り、顔、足を蹴ったり手を振ったりする体の一部、おもちゃなどの物、山などの自然の風景を映したビデオを見た。
今回の研究では、約90名の乳児を募集し、そのうち52名の乳児から有効なfMRIデータを収集した。その結果、乳児の視覚野の特定の領域が、顔、体の一部、自然の風景に対して、成人の脳で見られるのと同じ場所で高い選択性を示すことがわかった。しかし、自然の風景に対する選択性は、顔や体の一部に対する選択性ほど強くはなかった。
乳児の脳
今回の発見は、乳児の脳がどのように発達するかについての科学者の概念を、これらの特殊な領域が予想よりも早く大人の脳と似てくるという観察結果に合わせて修正する必要があることを示唆している。
「これらのデータが非常に興味深いのは、乳児の脳を理解する方法に革命をもたらすということだ」「視覚神経科学の分野では、特殊な領域が出現するには何年もの発達が必要であるという考え方に合わせて、さまざまな理論が生まれてきた。しかし、我々が言いたいのは、実際には2〜3ヵ月しか必要ないということだ」とKosakowski氏は語った。
シーンに反応する脳の領域に関するデータは、今回調べた他の領域ほど強力ではなかったため、研究チームは現在、この領域に関する追加研究を計画している。今回は、乳児の画像を、シーンの中にいるときの経験をより忠実に再現できるような、はるかに大きなスクリーンで見せることにした。この研究では、被験者がスキャナーの中にいる必要のない非侵襲的なイメージング技術である近赤外分光法（NIRS）を使用する予定だ。
「これにより、今回の研究ではスキャナー内での実験に視覚的な制約があったために過小評価されていた、視覚シーンに対する強い反応が、幼い乳児にもあるかどうかを調べることができる」とSaxe博士は述べている。
研究者らは現在、今回の研究で得られたデータをさらに分析し、顔面神経節の発達が、最も若い乳児から最も年長の乳児まで、どのように進行するのかを解明しようとしている。また、乳児の脳が言語や音楽にどのように反応するかなど、認知の他の側面についても新たな実験を行いたいと考えている。
この記事は、MITサイエンスライターの Anne Trafton 氏が執筆したMITニュースリリースに基づいている。
