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アルファ、ベータ、シータ:脳の状態と脳波とは何か?そして私たちはそれをコントロールできるのか?

脳を “シータ”波に導くと謳うアプリやテクノロジーは枚挙に暇がない。

しかし、「精神状態」を変えるとは一体どういうことなのか?そしてそれは可能なのだろうか?今のところ、その証拠は曖昧なままだ。しかし、調査方法が進歩するにつれ、脳に対する理解は飛躍的に深まっている。

進化する脳計測技術

現在のところ、脳の活動を画像化したり測定したりする単一のアプローチでは、全体像を把握することはできない。脳で何が “見える”かは、どのツールを使って “見る”かによって決まる。その方法は無数にあるが、それぞれにトレードオフがある。

1980年代、磁気共鳴画像法(MRI)の出現により、私たちは脳の活動について多くのことを学んだ。

やがて私たちは「機能的MRI」を発明した。このMRIは、作業中に脳が酸素を含んだ血液を使う様子を測定することで、脳の活動と特定の機能や行動をリアルタイムで結びつけることを可能にした。

また、脳波(EEG)を使って電気的活動を測定することもできる。これは脳波が発生するタイミングを正確に測定することができるが、脳波が脳のどの特定の領域で発生しているかを特定することはあまり正確ではない。

あるいは、磁気刺激に対する脳の反応を測定する方法もある。これは部位とタイミングという点では非常に正確だが、表面近くにある場合に限られる。

脳の状態とは?

私たちの単純な行動も複雑な行動も、そして認知(思考)も、すべて脳の活動、つまり「神経活動」が基盤となっている。ニューロン(脳の神経細胞)は、一連の電気的インパルスと「神経伝達物質」と呼ばれる化学信号によってコミュニケーションをとる。

神経細胞は血液からの燃料を非常に貪欲に求め、伴走細胞からの多くのサポートを必要とする。従って、脳活動の部位、量、タイミングの多くの測定は、電気活動、神経伝達物質レベル、または血流を測定することによって行われる。

この活動を3つのレベルで考えることができる。1つ目は、個々の神経細胞がコミュニケーションをとる単細胞レベルである。しかし、このレベルでの測定は難しく(実験室ベース)、限られた画像しか得られない。

そこで私たちは、一連のニューロンやネットワークが活性化される、ネットワークレベルでの測定に頼ることになる。あるいは、いわゆる “脳の状態”を1つ以上組み込んだ脳全体の活動パターンを測定することもある。

最近の定義によると、脳の状態とは「生理的または認知的プロセスから生じる、脳全体に分布する反復的な活動パターン」である。これらの状態は機能的に関連しており、つまり行動に関連している。

脳の状態には、異なる脳領域の同期が関与しており、これは動物モデル(通常はげっ歯類)で最も容易に観察されてきた。今になって、ヒトを対象とした研究において、その証拠が明らかにされつつある。

さまざまな状態

げっ歯類でもヒトでも、最もよく研究されている脳の状態は「覚醒」と「休息」の状態である。これらは、さまざまなレベルの覚醒状態としてイメージすることができる。

研究では、環境要因や活動が脳の状態に影響を与えることが示されている。認知的要求の高い活動や環境は、脳の結合性を高め、「注意」脳の状態(いわゆる課題誘発性脳状態)を促す。タスク誘発性脳状態の例としては、報酬の予期、気分、空腹などの複雑な行動がある。

対照的に、「マインド・ワンダリング」のような脳状態は、環境やタスクから切り離されているように見える。白昼夢のような状態に陥ることは、定義上、現実世界とのつながりがない。

私たちは今のところ、脳内に存在する複数の「状態」をいつでもどこでも切り離すことはできない。先に述べたように、これは空間的(脳領域)な脳活動と時間的(タイミング)な脳活動を記録することで生じるトレードオフのためである。

脳の状態と脳波

脳の状態に関する研究は、アルファ、デルタなどの言葉で表現されることがある。しかし、これは実際には脳波のことであり、特に脳波計を使って脳の活動を測定することで得られるものである。

EEGは脳内の電気的活動の変化を拾い上げ、それを(波長に基づいて)異なる周波数に分類することができる。古典的には、これらの周波数は特定の関連を持っていた:

  • ガンマは、より集中力を必要とする状態や作業と関連している。
  • ベータは、より高い不安やより活動的な状態と関連し、注意はしばしば外部に向けられる。
  • アルファは、非常にリラックスしている状態や、受動的な注意(静かに話を聞いているが関与していない状態など)と関連している。
  • シータは深いリラクゼーションや内向きの集中につながる。
  • デルタは深い睡眠と関連している。

脳波パターンは、睡眠段階をモニターするためによく使われる。眠りに落ちるとき、私たちは眠く、軽い注意力があり、すぐに覚醒する状態(アルファ)から、リラックスし、もはや注意力がない状態(シータ)、そして深く眠っている状態(デルタ)へと移行する。

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脳の状態をコントロールできるのか?

私たちは自分の脳の状態に影響を与えることができるのだろうか?

今のところ、脳の状態に影響を与える実際のメカニズムが解明されていない以上、これが可能だと示唆するのは単純すぎるだろう。とはいえ、研究者たちは、薬物の使用から環境的な合図、マインドフルネスや瞑想、感覚操作の実践に至るまで、あらゆることを調査している。

議論の的となっているのは、脳波パターンを利用した「ニューロフィードバック」療法である。このような治療法では、脳波の活動に基づいてフィードバック(視覚や聴覚など)が与えられ、それを維持したり変化させたりすることが課される。必要な状態を維持するために、思考をコントロールしたり、リラックスしたり、特定の方法で呼吸したりすることが奨励される。

このワークの主な用途は、トラウマを経験した人や、自己調節が困難な人(注意力の低下や感情の乱れとして現れることがある)など、メンタルヘルスに関するものである。

しかし、これらのテクニックは直感的な魅力があるものの、複数の脳の状態が常に存在するという問題を考慮していない。全体として、臨床研究はほとんど結論が出ておらず、ニューロフィードバック療法の支持者は、正統的な支持の欠如に苛立ちを感じている。

ニューロフィードバックの他の形態は、MRIで生成されたデータによって行われる。精神的な課題に取り組む参加者は、神経活動に基づいた信号を与えられ、それを使ってポジティブな感情に関わる脳の部位を「アップレギュレーション」(活性化)しようとする。これは例えば、うつ病患者の治療に役立つ可能性がある。

脳の状態を変化させると主張されているもう一つの潜在的な方法は、異なる感覚入力に関与している。バイノーラル・ビートはおそらく最も有名な例で、2つの異なる波長の音をそれぞれの耳に聞かせる。しかし、このような手法の証拠も同様にまちまちである。

ニューロフィードバック療法のような治療法は、非常に高価であることが多く、その成功は実際の治療よりも治療関係によるところが大きいと思われる。

良い面としては、有益であることが証明されている治療を遅らせる可能性があること以外には、これらの治療が害を及ぼすという証拠は提示されていない。


本記事は、Susan Hillier氏によって執筆され、The Conversationに掲載された記事「Alpha, beta, theta: what are brain states and brain waves? And can we control them?」について、Creative Commonsのライセンスおよび執筆者の翻訳許諾の下、翻訳・転載しています。

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