従来の常識では、人間の脳は真のマルチタスクを実行できないとされてきた。同時に二つのことをしているように感じられるのは、実際には急速なタスク切り替えにすぎない。前頭前皮質は、一度に一つの要求の多いタスクにしか意識的に取り組めないからだ。この限界は「前頭部ボトルネック」として知られ、人間の認知における根本的な制約である。
しかし、ジョージタウン大学が『Journal of Cognitive Neuroscience』に発表した新たな研究は、脳がこのボトルネックから逃れることを学習できることを明らかにした。十分な訓練、すなわち数週間にわたる数万回の試行により、タスクの神経回路を前頭前皮質から側頭葉の専門化された領域に移行させ、前頭皮質を他のタスクの同時処理のために解放できるのだ。
「私たちの研究は、経験が脳を再構築して前頭部ボトルネックを回避することを示しています」と、ジョージタウン大学医学部の神経科学教授で上席著者のマクシミリアン・リーゼンフーバー氏は述べた。「前頭前皮質はその後、他のやりたいことのために自由なままであり、容量が増加します。」
3万回の訓練試行
パトリック・H・コックス氏（現在はリーハイ大学）が主導したこの研究は、集中的な縦断的デザインを用いた。31人の参加者が5〜10週間にわたり、スマートフォンアプリで訓練を受け、モーフィング処理されたグレースケールの車の画像を「SOVOR」または「ZUPUD」という2つの任意のカテゴリに分類することを学習した。これは、各画像が50%のモーフ境界のどちら側にあるかを識別する微妙な視覚弁別課題であった。訓練は難易度が増すレベルを通じて進行し、参加者は進級するために少なくとも90%の正答率を達成する必要があった。
完全な訓練プログラムは3万回以上の試行を含んでいた。14人の参加者が全フェーズを完了し、11人（女性8人、平均年齢23.4歳）が使用可能な神経画像データを提供した。各参加者は2つの時点でfMRIおよびEEGスキャンを受けた。初期学習後（約6,000試行、1〜2週間）と、集中的訓練後（完全な3万回以上の試行、5〜10週間）である。
前頭部制御から自動知覚へ
最初のスキャンセッションでは、初期学習後、カテゴリ化課題は前頭前皮質を強く活性化させていた。これは制御された努力を要する処理の古典的な徴候である。腹側後頭側頭皮質（vOTC）は、視覚的対象認識に特化した領域であり、画像の物理的形状には反応したが、カテゴリ所属に対しては選択的ではなかった。
集中的訓練後、状況は劇的に変化した。以前は存在しなかったカテゴリ選択的反応がvOTCに出現していた。この領域は現在、画像が見た目がどうかだけでなく、「SOVOR」か「ZUPUD」かを信号していた。機能的接続性も変化していた。vOTCは前頭前皮質との結合が減少し、運動出力領域との結合が増加していた。
カテゴリ化の神経的座位は、制御された前頭前皮質依存回路から、視覚系から運動出力へと直接つながる合理化された知覚―行動ループへと移動し、前頭部ボトルネックを完全に迂回していた。
「これは単なる高速化ではありません」とリーゼンフーバー氏は説明する。「それは神経アーキテクチャにおける真の変化です。」
真のマルチタスク、急速な切り替えではない
この神経的シフトが本当に並列処理を可能にするかどうかをテストするため、研究者らは参加者に二重課題テストを実施した。参加者は車のカテゴリ化を行いながら、同時に第二の無関係な課題を実行した。重要な発見は相関関係であった。車課題が前頭前皮質からより多くオフロードされていたほど（vOTC-前頭前接続性の低下として測定）、参加者は第二課題でのパフォーマンスが優れていた。
この相関関係は真の並列処理の徴候である。参加者が単にタスク間を急速に切り替えているだけなら、そのような相関は存在しないはずである。代わりに、二つの課題は同時に別々の神経回路で実行されていた。
著者らはこの効果の限界を注意深く指摘している。同じ感覚モダリティを共有する課題、例えば運転中のテキスト送信は、どちらも視覚リソースを消費するため、同じ入力チャンネルを競合するために並列化できない。完全に別個の神経回路を通じてルーティングできる課題だけが並列実行可能である。
専門性、習慣、および安全性への示唆
この研究は、専門家、すなわち数秒で腫瘍を発見する放射線科医、一瞥で種を識別するバードウォッチャー、ほぼ瞬時にポジションを評価するチェスのグランドマスターが、いかに最小限の意識的努力で迅速かつ正確なカテゴリ化を行えるかを説明するのに役立つ。脳はそのスキルを自動的に動作する専門化された側頭皮質回路にオフロードし、前頭前皮質を他の要求のために利用可能にしている。
また、深く学習された習慣、特に強迫的行動がなぜ意識的制御にこれほど抵抗するのかにも光を当てている。ひとたび行動が側頭皮質回路にエンコードされると、理性や意志力（前頭前機能）はそれへのアクセスが限られる。「別のことを考える」戦略が失敗するのは、まさにその習慣が前頭前皮質に応答しない脳領域によって実行されているからである。
この研究の限界としては、11人という小さな最終サンプルと、集中的な縦断研究に典型的な高い脱落率が挙げられる。課題は人為的であり、任意のカテゴリラベルを持つモーフィングされた車の画像であり、結果が実際の専門的熟達にどの程度一般化できるかは今後の検討課題である。著者らは、前頭前皮質から側頭皮質への再配置を誘発する細胞および分子シグナルを、次の主要な研究課題として特定している。
雅子 訳
Source: Cox, P.H., Scholl, C.A., Laws, M.L., Jaimes, N.E., Jiang, X. & Riesenhuber, M. “Extensive Experience Remodels Neural Task Circuitry to Escape the Frontal Bottleneck and Increase Automaticity of Categorization.” Journal of Cognitive Neuroscience (2026). DOI: 10.1162/JOCN.a.2618