2025-01-20 理化学研究所
理化学研究所(理研)脳神経科学研究センター 思考・実行機能研究チームの宮本 健太郎 チームリーダーらの国際共同研究グループは、自己の心的モデルに対する内省的評価であるメタ認知[1]を、他者の心的モデルに合致するように適合させて他者に投影し、他者の心の状態を推定する能力を「社会的メタ認知」と定義し、心理学的に同定するとともに、社会的メタ認知に関わる脳の仕組みを発見しました。
本研究成果は、対象者に合わせた効果的な教育法・専門家育成法の提案や、自閉スペクトラム症[2]などの発達障害の療育・支援法開発への貢献が期待されます。
今回、国際共同研究グループは、ヒトが自己のメタ認知を拡張・敷衍(ふえん)させて他者を理解しようとする心の働きを解明するため、自己と他者のタスクパフォーマンス(作業成績)の予測比較課題を開発しました。自己よりもパフォーマンスの低いパートナー(ビギナー)のパフォーマンスを予測する場合には、前外側前頭葉(47野)が活動し、メタ認知の他者への投影(社会的メタ認知)に重要な役割を担っていることを発見しました。一方、自己よりもパフォーマンスの高いパートナー(エキスパート)のパフォーマンスを予測する場合には、メタ認知に基づいた推定が困難なため、過去の成績の履歴や信念に基づいたヒューリスティクス[3]が用いられ、従来の研究で「心の理論[4]」との関連が示唆されてきた側頭頭頂接合部(TPJ)[5]が、知識に基づいた他者の理解に特化した役割を果たしていることが分かりました。
本研究は、科学雑誌『Nature Communications』オンライン版(1月20日付:日本時間1月20日)に掲載されます。
他者の心の状態を推定するための二つの脳の仕組み
背景
私たちは、他者と協力してチームとして新しい問題の解決を試みるときに、それぞれのチームメンバーがどのように役割を果たすのかを予測して、その予測に基づいて自己が果たすべき役割を考え、自己の行動を調整します。この能力によって、私たちは初めて経験する状況・場面においても、一人では困難な仕事を他者との協調によって成し遂げることができます。私たちは、このときしばしば、もし自分自身が他者と同じ立場に置かれ、他者と同じ役割を担うとしたら、どのくらいうまくこなすことができるかを想像し、その想像の結果を拡張して、他者のパフォーマンスを予測します。その基礎となる心理機能の一つとして、他者の心の存在を理解するために相手の立場に立って考える「心の理論」の能力の重要性が提唱され、ヒトでとりわけ高度に発達した側頭頭頂接合部(TPJ)が関与していると考えられてきました。
しかし、他者の経験や能力は自分と異なるので、TPJによって担われる、他者視点と自己視点を置き換える働きだけでは、他者が役割を果たす成功確率や程度を正確に予測するのに不十分だと考えられます。他者の心の存在を理解するだけでなく、自己の心的モデルに対する内省的評価である「メタ認知」を他者の心的モデルに適合させて、他者の心の状態を推定する必要があります。しかし、それを可能にする脳の仕組みは、全く分かっていませんでした。
研究手法と成果
はじめに国際共同研究グループは、自己の心的モデルに対する内省的評価であるメタ認知を、他者の心的モデルに合致するように適合させて他者に投影し、他者の心の状態を推定する能力を「社会的メタ認知」、知識や経験則に基づいたメタ認知に依拠しない他者理解を「社会的認知」と定義しました。そして、他者による課題遂行の成否を予測する精度が、予測の対象とする他者のパフォーマンスによって変化するという仮説を立てました。
ビギナーのパフォーマンスは、自己のメタ認知を参照して予測することが可能です。一方、エキスパートのパフォーマンスは、自己のメタ認知に基づいて、エキスパートが解くことができる難しい問題を弁別するのは困難なため、エキスパートの過去の成功確率などの知識や経験則から予測しなければなりません。
例えば、あなたが物理学を専攻する学生で、一つの研究プロジェクトを終えて、博士号を取得したところだという状況を想像してみてください(図1)。あなたの研究室に加わったばかりの大学院生(ビギナー)が解くことができる物理学の問題の難易度は、あなたが今までに培った知識と経験を基にした自分自身のメタ認知によって、ある程度予測できると予想されます。対照的に、あなたよりもキャリアの長い物理学者(エキスパート)が解くことができる物理学の問題の難易度を予測することは困難であると予想されます。
図1 パフォーマンスの低い他者と高い他者に対する非対称な成績予測能力
ビギナーの成績は自己のメタ認知の投影によって予測可能(社会的メタ認知)。一方、エキスパートの成績を予測するには、他者の過去の行動の学習に基づいたヒューリスティクスを必要とする(社会的認知)。
この仮説を検証するために、国際共同研究グループは、ランダムドット運動方向判断[6]において、自己が正解すると報酬がもらえる問題と、パートナー(他者)が正解すると報酬をもらえる二つの問題を実験参加者(健常な成人)へ提示し、より報酬がもらえる確率が高い問題を実験参加者が選択する協同的認知課題(以下「課題」)を開発しました(図2A)。なお、自己とパートナーに提示される問題の難易度はトライアルごとに異なり、あるときは自己の問題の方がパートナーの問題よりも難しく、また別のときはパートナーの問題の方が自己の問題よりも難しく設定されています。そのため、実験参加者は、自己とパートナーのスキルの差も加味しながら、トライアルごとにどちらの問題を選ぶと報酬をもらえる確率が上がるのかを判断することが求められました。
まず、(1)ビギナーと自己との成績を予測・比較して選択する課題と(2)エキスパートと自己との成績を予測・比較して選択する課題の結果を比べました。
すると、(1)の課題の方が、(2)の課題よりも、より報酬がもらえる確率が高い回答者を適切に選べていたため、国際共同研究グループの仮説が正しいことが分かりました。(1)の課題では社会的メタ認知だけでなく社会的認知も使えますが、(2)の課題では社会的認知しか使えません。そのため、この二つの課題の結果における、適切な回答者を選択できた程度の差(報酬がもらえる確率は(1)が(2)より大きい)は、メタ認知を他者に投影し他者の認知状態を推定する「社会的メタ認知」を反映していることを示唆しています。
次に、社会的メタ認知が脳のどの部位のどのような働きによって、実現されているのかを調べるために、(1)と(2)の課題の遂行中の全脳の神経活動を、機能的MRI[7]を用いて計測して比較しました(図2B)。この結果、メタ認知の投影に基づいて予測が可能な(1)の課題の場合のみにおいて47野が活動することから、「社会的メタ認知」の神経基盤として47野が重要な役割を担っていることが初めて見いだされました。なお、47野はこれまで社会的認知への関与の知見もなく、その位置は脳前方の前頭葉に位置し、脳の後方にあるTPJと大きく離れています。
図2 協同的認知課題と47野の社会的メタ認知に対する寄与
(A)協同的認知課題の流れ。実験参加者は、はじめに、ランダムドット運動方向判断において、自分が正解すると報酬がもらえる問題と、パートナー(他者)が正解すると自分が報酬をもらえる問題の提示を受け、より報酬がもらえる確率が高い問題を選択した(自他成績予測ステージ)。その後、選択した問題に回答し(知覚判断ステージ)、自分の問題を選んだ場合は自分が正解すれば、報酬をもらえ、またパートナーの問題を選んだ場合はパートナーが正解すれば、報酬がもらえた(報酬ステージ)。実験参加者は実験に先立ち、2人のパートナー(ビギナーとエキスパート)が知覚判断を行う様子を観察し、それぞれのパートナーの成績に対する学習を行った。
(B)自他成績予測ステージにおける47野の神経活動は自己の成績予測に比例していた。47野は、自己とビギナーの成績予測を比較する場合には顕著な応答が見られたのと対照的に、自己とエキスパートの成績予測を比較する場合には、その応答が減弱した。
さらに国際共同研究グループは、経頭蓋磁気刺激法(TMS)[8]を用いて、社会的メタ認知判断への関与が示唆された47野の神経活動を非侵襲的かつ一時的に抑制することで、自己とパートナーの成績予測の比較能力がどのように変化するかを検証しました(図3)。その結果、自己とエキスパートとの成績予測の比較能力は影響を受けませんでした。対照的に、自己とビギナーとの成績予測の比較能力は、自己とエキスパートの成績予測の比較能力と同水準にまで低下しました。特筆すべきことに、ランダムドット運動方向判断の成績そのものには全く影響が及びませんでした。これらの結果は、47野は、メタ認知を他者に投影し他者の認知状態を推定する「社会的メタ認知」能力に特化した役割を担うことを裏付けています。つまり、47野は、自己の心の状態をモニタリングした結果を他者に適合させて投影することで、他者の心の状態を推定し、自他の間の認知的協調を促します。
図3 47野の活動抑制の自己とパートナーの成績予測の比較能力への影響
経頭蓋磁気刺激法(TMS)を用いて47野の神経活動を非侵襲的に抑制したところ、自己とエキスパートの成績比較能力(信号検出理論のmeta-d'(メタディープライム)による評価。meta-d’の値が大きくなるほど、自己とパートナーそれぞれが、それぞれの問題に対して正解する確率を正しく予測し、成績のより高い方を選択することができていることを意味する。自己とパートナーをランダムに選ぶとこの指標は0になる)は影響を受けないが、自己とビギナーの成績比較能力は低下した。有意差p値:「**」(p<0.01)、「***」(p<0.001)。「n.s.(not significant)」:有意差なし。
それでは、社会的メタ認知を適用することができない、エキスパートの成績も、ある程度は正しく予測できるのはなぜでしょうか。国際共同研究グループは、機能的MRI実験結果から、TPJがパートナーの問題の難易度に応じて活動を強めることを見つけました。
エキスパートと自己を比較する(2)の課題では、エキスパートの問題を選択したときにTPJが活動し、自己の問題を選択したときにはTPJは活動しませんでした。一方、ビギナーと自己を比較する(1)の課題では、自己の問題を選択したときにTPJが活動し、ビギナーの問題を選択したときにはTPJは活動しませんでした(図4)。TPJの活動の強さは、パートナーの問題を選択することでもらえる報酬確率と比例していました。つまり、TPJの活動の強さは、エキスパートとの課題ではエキスパートの問題を選択することでもらえる報酬の確率と比例し、ビギナーとの課題ではもしビギナーの問題を選択していたらもらえたであろう報酬の確率と比例していました。
この結果から、TPJはヒューリスティクス、つまり、経験則に基づいた思考方法に従って他者のパフォーマンスを予測する役割を担っていることが示唆されました。ここでの経験則とは、エキスパートが統計的に総じて高いパフォーマンスで問題を解けるのに対して、ビギナーは統計的に低いパフォーマンスでしか解けないというパートナーのスキルに対する直感的な信念を指します。さらにTPJの活動は、直前のトライアルにおけるパートナーの知覚判断の成否にも応答し、経験則におけるパートナーのスキルに関する信念の更新(アップデート)にも関わることも分かりました。
図4 側頭頭頂接合部(TPJ)の社会的認知に対する寄与
自他成績予測ステージにおけるTPJの神経活動は、パートナーの問題の難易度に比例していた。エキスパートと自己を比較する課題では、エキスパートの問題を選択したときにTPJが活動し(左・緑色図)、自己の問題を選択したときにはTPJは活動しない(中央・灰色図)。一方で、ビギナーと自己を比較する課題では、自己の問題を選択したときにTPJが活動し(左・緑色図)、ビギナーの問題を選択したときにはTPJは活動しなかった(中央・灰色図)。ヒューリスティクス(経験則に基づいた思考方法)に従って他者のパフォーマンスを予測する役割が示唆された。ヒューリスティクスに合致する場合のTPJの神経活動の上昇は、実験参加者間で一貫していた(右図)。有意差p値:「**, †」(p<0.05)。「n.s.(not significant)」:有意差なし。
これまで、他者の心の状態の推定において普遍的な役割を果たすと考えられてきたTPJが、実際には、他者に対する信念や知識・経験などを基に、他者の行動を予測することに特化して働くことを示しました。TPJによって担われる他者行動予測は、過去に同じ状況を経験している場合には、とても強力ですが、未知の状況・新奇の場面においては機能しません。
本研究は、ヒトが用いる他者理解システムとして、メタ認知の投影(社会的メタ認知)と知識に基づいた他者の理解(社会的認知)の二つがあることを初めて明らかにしました。さらに、前者は47野、後者はTPJと、異なる脳部位の神経回路が、それぞれのシステムを担っていることが分かりました。
今後の期待
本研究で得られた、メタ認知の投影(社会的メタ認知)と知識に基づいた他者の理解(社会的認知)の二つの他者理解システムがあるという知見は、対象者に適合させた教育法・専門家育成法の開発に、大きく貢献することが期待されます。また、さまざまな要素において異なるパフォーマンスを示すメンバーを束ねて生産性の高いチームをつくるためのチームビルディングという観点から組織論・経営学など、またメタ認知(内省)の投影による他者理解能力の訓練法の開発という観点から自閉スペクトラム症などの発達障害の療育・支援法開発など、幅広い分野での社会応用が期待されます。
自己と他者との協同的な認知の調整を行う「社会的メタ認知」は、複数の行動主体(エージェント)が同時に参加する社会的な場面における集団的意思決定のプロセスを説明する、基本的な心理機能の一つと考えられます。ヒトや他の動物が集団になった場合に、あえて人気のない選択肢を選ぶ逆張り行動(コントラリアン[9]行動)が出現することが知られていますが、この社会的メタ認知は、中でもヒトに顕著な場面状況に合わせた柔軟な逆張り行動を生み出す原動力となるのではないかと考えられます。本研究で社会的メタ認知の神経基盤として同定された47野は他の動物と比べて特にヒトでよく発達した、進化的に新しい脳領域として知られています。この脳領域にさらに着目することで、ヒトの高度な社会性の起源の解明への発展が期待されます。
補足説明
1.メタ認知
自分自身の認知活動(主に思考や知覚など)を認知し、主観的に評価する能力。内省とも呼ばれる。メタ認知能力に基づいて、ヒトはより効果的な学習を実現していると考えられ、近年、教育分野でも重要な能力の一つとして注目されている。本研究では、メタ認知が他者の認知活動を認知し主観的に評価する際にも役立っていることを初めて提唱し、自己理解のためのメタ認知を他者理解に拡張する能力を「社会的メタ認知」と定義した。
2.自閉スペクトラム症
社会的なコミュニケーションの困難さや空間・人・特定の行動に対する強いこだわりがあるなど、多種多様な障害特性の見られる発達障害の一つである。遺伝などの多くの要因が複雑に関与していると考えられているが、その原因は解明されていない。
3.ヒューリスティクス
発見的手法に基づいた人間の思考方法。特に、複雑な問題解決などのために、何らかの意思決定を行うときに、暗黙のうちに用いている簡便な解法や法則のことを指す。これらは、経験に基づくため、経験則と同義で扱われる。判断に至る時間は早いが、必ずしも正確とは限らず、判断結果にバイアスを含むことが多い。
4.心の理論
他者の行動に心を帰属させ、他者の心の状態を類推しようとする能力。心の理論の働きにより、他者は自分とは違う考え方や物の見方をする可能性があることを理解できると考えられている。メンタライジングとも呼ばれ、特に発達心理学において、乳幼児を対象に社会性の成長の観点からさまざまな研究が行われている。
5.側頭頭頂接合部(TPJ)
ヒトの側頭葉と頭頂葉が接する部分の大脳皮質領域で、下頭頂小葉(縁上回と角回)の下部と上側頭回の後部に位置する。これまでの研究で、「心の理論」に基づいた他者理解において普遍的な役割を果たすと考えられてきた。ヒトの他者理解の能力が、他者視点と自己視点を置き換え、自他を同一視し、他者の心の状態をシミュレーションするTPJの機能の範囲にとどまるのか、TPJ以外の脳領域の働きによって、他者の心的モデルに基づいて他者の心の状態を想像することが可能になっているのか、これまでに分かっていなかった。TPJはtemporo-parietal junctionの略。
6.ランダムドット運動方向判断
100個の小さい点がめいめいさまざまな方向に動く様子を見て、より多くの点が動いている方向が左右のどちらなのかを判断することが求められる。選んだ問題の点の運動方向を、実験参加者自身もしくはパートナーが正しく判断して回答できると報酬(ボーナス)が与えられる。難易度は、左または右に同期して動く点の割合(コヒーレンス)を、問題ごとに変えることでコントロールされている。
7.機能的MRI
MRI(磁気共鳴画像装置)を使って、脳の血流反応を計測することにより、脳の活動を非侵襲的に測定する方法。機能的MRI(fMRI)法の基礎となっているBOLD法(Blood Oxygenation Level Dependent法)は、小川誠二博士(現東北福祉大学特別栄誉教授)によって発見されたもので、世界で広く用いられている。
8.経頭蓋磁気刺激法(TMS)
電磁誘導を用いて、頭蓋の外から脳の表面を高い空間解像度で非侵襲的・安全に刺激する方法。うつ病治療など臨床的にも用いられている。TMSはTranscranial Magnetic Stimulationの略。本研究では、シータバースト刺激(continuous Theta-Burst Stimulation; cTBS)と呼ばれるパターン化された反復刺激シーケンスを用いて、脳の特定の領域の活動のみを短時間継続的に抑制した。
9.コントラリアン
人間や動物の集団の中で他の個体とあえて違う行動を取る、逆張り屋・あまのじゃくのこと。
国際共同研究グループ
理化学研究所 脳神経科学研究センター 思考・実行機能研究チーム
チームリーダー 宮本健太郎(ミヤモト・ケンタロウ)
客員研究員 田中 志歩(タナカ・シホ)
客員研究員 齋藤 真里菜(サイトウ・マリナ)
研究員 林 明明(リン・ミンミン)
オックスフォード大学(英国)実験心理学部
教授 マシュー・ラッシュワース(Matthew FS Rushworth)
リサーチアシスタント(研究当時)キャロライン・ハービソン(Caroline Harbison)
ロンドン大学(英国)高等研究大学院哲学研究所
教授 ニコラス・シェー(Nicholas Shea)
研究支援
本研究は、日本学術振興会(JSPS)科学研究費助成事業基盤研究(A)「霊長類の未来と他者への想像力に基づく行動生成的なメタ認知神経回路の解明(研究代表者:宮本健太郎)」、同学術変革領域研究(B)「ヒトの社会的メタ認知に基づいた柔軟なコントラリアン行動の生成(研究代表者:宮本健太郎)」「コントラリアン生物学の創生:逆張り戦略がもたらす新しい社会均衡のしくみ(研究代表者:宮本健太郎)」、日本医療研究開発機構(AMED)脳とこころの研究推進プログラム「霊長類の前頭極のメタ認知機能に起因する強迫性障害の機序の解明(研究代表者:宮本健太郎)」、同脳神経科学統合プログラム「脳データ統合プラットフォームの開発と活用による脳機能と疾患病態の解明(研究代表者:影山龍一郎)」による助成を受けて行われました。
原論文情報
Kentaro Miyamoto, Caroline Harbison, Shiho Tanaka, Marina Saito, Shuyi Luo, Sara Matsui, Pranav Sankhe, Ali Mahmoodi, Mingming Lin, Nadescha Trudel, Nicholas Shea, Matthew FS Rushworth, “Asymmetric projection of introspection reveals a behavioral and neural mechanism for interindividual social coordination”, Nature Communications, 10.1038/s41467-024-55202-0
発表者
理化学研究所
脳神経科学研究センター 思考・実行機能研究チーム
チームリーダー 宮本 健太郎(ミヤモト・ケンタロウ)
報道担当
理化学研究所 広報室 報道担当
