脳は、進行波を介して情報針路をガイドする―意識がある時、脳内通信は安定し信頼できる―

ad

2026-07-16 京都大学

京都大学の研究グループは、脳内を波のように伝わる電気活動「進行波」が、情報を効率よく伝えるための“道しるべ”として働いていることを明らかにした。研究では、「情報チューニング」という新しい解析手法を開発し、神経信号の流れと情報理論で定義される情報伝達の関係を調べた。その結果、進行波が存在するだけでは情報伝達は保証されないものの、実際の脳では進行波の進む方向に沿って情報が選択的かつ効率的に伝えられていることが分かった。また、覚醒している脳では、この情報の流れが安定していた一方、麻酔によって意識を失った状態では情報チューニングが弱まり、情報伝達の信頼性が低下していた。今回の成果は、意識がある状態では脳全体の情報通信がより安定して行われていることを示すものであり、意識や無意識の仕組みの解明に新たな視点を提供する。将来的には、意識障害の評価や脳機能解析、脳型AIの開発などへの応用が期待される。

脳は、進行波を介して情報針路をガイドする―意識がある時、脳内通信は安定し信頼できる―
電気信号が波の様に伝搬する「進行波」と、情報理論で定義される「情報の流れ」の同調性を評価。計算モデルvs脳および、覚醒vs麻酔状態の情報通信の違いが明らかになった。(イラスト:京大・小村研究室)

<関連情報>

覚醒時の大脳皮質は、グローバルかつ信頼性の高い情報ルーティングのために伝播波を安定化させる Awake cortex stabilizes traveling waves for global and reliable information routing

Kaio Misawa ∙ Koji Chinen ∙ Akira Kawabata ∙ Taro Kaiju ∙ Takafumi Suzuki ∙ Yutaka Komura
iScience  Published:July 10, 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.isci.2026.116728

Highlights

  • In simulations, traveling waves do not guarantee directional information flow
  • We propose informational tuning to reveal the fidelity of information flow via waves
  • Wakefulness sharpens informational tuning compared with anesthesia
  • Wave-guided information routing offers a multiscale link to theories of consciousness

Summary

How does the brain organize neural information for perception during wakefulness, yet lose such organization under anesthesia? Theories on consciousness hypothesize that perceptual experience arises from global communication across the cerebral cortex. However, the neural substrate that mediates information transfer between cortical regions remains uncertain. Here, developing large-scale and high-density electrocorticography arrays, we demonstrated that traveling waves serve as a fundamental mode for global information transfer. Compared with the anesthetized state, visual-evoked traveling waves during wakefulness exhibited greater stability. Hierarchical clustering uncovered the emergence of widespread waves with a rich repertoire of motifs only in the awake state. By quantifying the fidelity of information routing, we found that information flows more reliably along the direction of wave propagation during wakefulness than under anesthesia. This study provides meso- and macroscopic evidence consistent with theories of consciousness and introduces a framework, informational tuning, for characterizing the geometrical relations between neural and informational flows.

医療・健康
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました