脳の世界、関連痛

視野の一部で学習する

　私たちが何かを見て学習するときには、対象を右側の視野で見ようと、左側の視野で見ようと同じように学習できるはずです。例えば、大脳皮質の第一次視覚野が脳のどこにあるかという図を視野の右側で見て学習したときに、左側に視野に問題が出されたら分からないなどということはないはずです。ところが学習課題の設定によっては、これに似たことが起こります。

　イスラエルのサギは、コンピュータのディスプレー画面の前に座った被験者に、図１aの上のような画面を見せました。全面に短い横線が沢山描かれていますが、その内連続する３本が斜めになっています。課題は３本の斜め線の並びが縦か横かを答えるものです。図１の場合は横が答えです。視線を画面中央から移動させないように、被験者はこの課題と同時に画面中央に呈示される文字がTかLかをまず答えその後で縦か横かを答えるように指示されます。上の画面が呈示されている時間は１０ミリ秒（１００分の１秒）で、その後わずかな時間をおいて図１aの下のような画面が呈示されます。このような画面は問題として出された上の図（テスト刺激）のイメージ隠すのでマスク刺激と呼ばれています。テスト刺激の中の３本の斜め線が中央の注視点（TまたはLが呈示される場所）に対してどこに呈示されるかは、毎回違っているのですが、完全にランダムではなく、一定の学習期間、右上、右下、左上、左下の４つのうちのどこに出るかが決まっていて毎回同じ範囲に呈示されます。この課題は５０試行を１ブロック、１６－２０ブロックを１セッションとして、１日１セッションおこないました。

図１　A．画面の中央を見ているときに視野の決められた領域に傾きの異なる線分を３つ並べる。（ａ上）　この表示の後、短時間でランダムなパターン（マスク刺激）を表示する。（ａ下）　被験者は３つが水平に並ぶか垂直に並ぶかを答える。　B．横軸は上の画面が表示されてから下のマスク刺激が出るまでの時間（ＳＯＡ）をミリ秒単位で示す。縦軸は正答率。２選択なのででたらめに答えても正答率は５０％前後になる。右上に数字を書いたグラフはそれぞれ何日目の成績かを示す。例えば、１日目は１４０ミリ秒（０．１４秒）で正答率はほぼ１００％、１２０ミリ秒では５０％近くに落ちる。２日目は１２０ミリ秒で正答率はほぼ１００％、１００ミリ秒では５０％に近い。　C．横軸にテスト日（sessions)を縦軸に正答率８０％」以上の最低の表示時間（ＳＯＡ）を示す。　最初の５日で急速に学習は進み４０（Karni & Sagi , 1991）

　図１bはある被験者が１日に約１０００回繰り返したときの正答率です。縦軸が正答率で、横軸は上の図のテスト刺激のスタートから下のマスク刺激の呈示までの時間間隔（SOA)です。単位はミリ秒（１０００分の１秒）です。それぞれの折れ線の右端に小さな数字がありますが、それぞれ、何日目かを意味します。例えば、右端に１の数字のついた折れ線（１日目）は、SOAが１４０ミリ秒のとき正答率はほぼ１００％ですが、１２０ミリ秒のときは、５５％付近です。この課題は、縦か横かの二者択一の課題なのででたらめに答えても５０％前後の正答率になるはずです。従って、５５％というのは被験者が縦か横か分からないということになります。このような正答率をチャンスレベルと言います。つぎに、右端に２の数字のついた折れ線（２日目）をみると、一日目でチャンスレベルだったSOAが１２０ミリ秒の条件で９５％程度の正答率になっています。１００ミリ秒のときはチャンスレベルです。このように毎日この課題を行うと、テスト刺激からマスク刺激が呈示されるまでの時間が短くても正確に答えることができるようになります。言い換えれば学習効果があるわけです。

　図１Cは、正答率８０％を越える最も短いSOAの値を縦軸に、学習が何日目かを横軸にあらわしています。１日目から５日目にかけて急速に改善し、５０ミリ秒でもできるようになっています。

　ここまでは学習効果があるというだけの話なのですが、１５日間この課題を続けて十分に短い時間のSOAでも高い正答率でできるようになったあと、テスト刺激の３本の斜め線の呈示される位置を変えると学習はやり直しになってしまいます。図２は５人の被験者の学習効果を３本の斜め線の呈示位置とともに示しています。上の２つのグラフは、被験者SAです。まず右上で学習し、２回目は右下、３回目は左上です。呈示範囲が変わるたびに、カーブは上の方（長いSOA)から始まっています。言い換えると視野の他の場所で学習した結果が別の視野領域に反映しないのです。中央の図の左側は被験者HLで１回目が左上、２回目が右上、中央の図の右側は被験者YLで１回目が右、２回目が左、下の図の左側は被験者STで１回目が右下、２回目が右上、下の図の右側は被験者AKで、１回目が左下、２回目が左上です。いずれの場合も呈示範囲が変わると学習はやり直しになっています。

図２　　５人の被験者の学習効果：学習効果は視野の場所に依存し、弁別刺激の呈示場所が変われば、学習もやり直しになる。短い線分の傾きの識別の課題であり、学習が限られた視野の領域に限局しているので、比較的初期の視覚野でこの学習が行われていることを示している。（Karni & Sagi , 1991）

　この課題は細い線分の傾きの知覚を必要としていること、視野の領域に依存した学習であることから、連合野のような大脳皮質の高次領域ではなく、視覚入力に近い初期視覚野（第一次視覚野またはその周辺）が関与する学習と考えられます。連合野の細胞は広い受容野を持ちますでの視野の領域に依存した学習を説明できないからです。

　サギらはさらに、この学習効果がレム睡眠で起こると報告しています（文献２）。この点については「学習はレム睡眠で進む」で紹介しました。

参考文献：

1. Avi Karni and Dov Sagi, Where practice makes perfect in texture discrimination: Evidence for primary visual cortex plasticity. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88, 4996-4970, 1991

2. Avi Karni, David Tanne, Barton S Rubenstein, Jean JM Askenasy, Dov Sagi, Dependence on REM?Sleep of OVernight Improvement of a Perceptual Skill, Science, 265, 679-682, 1994