つながりが機能をつくる

灰白質と白質

脳の断面を肉眼で見ると、色の違う二つの領域がはっきり分かれている。表面近くのやや灰色がかった層が灰白質で、その内側を占める白っぽい部分が白質だ。灰白質は、ニューロンの細胞体が高い密度で集まっている層にあたる。細胞体には核をはじめとする細胞の維持装置が詰まっており、そこに血管も入り組んでいるため、灰白質は色味としてはやや暗く、灰色がかって見える。

その内側に広がる白質は、細胞体ではなく軸索の束でできている。軸索は希突起膠細胞がつくる髄鞘に覆われており、この髄鞘は脂質を主成分とする物質でできている。脂質は光を通しにくく、束になった軸索がまとまると全体として白っぽく見える。「白質」という名前は、まさにこの見た目の色に由来する呼び方にすぎない。

灰白質が「処理をする層」だとすれば、白質は「離れた処理どうしをつなぐ配線」にあたる。脳の体積のうち、白質が占める割合は決して小さくない。ヒトの脳では表面の灰白質を折りたたんで面積を稼いでいる一方、その下にはそれと同じくらいの体積の配線がぎっしり詰め込まれている。脳という臓器を計算装置にたとえるなら、処理そのものにあてられている部分と同じくらいの資源が、部品どうしをつなぐ配線にあてられている計算になる。

部位ではなく、つながり

前章の地図は、脳を理解するための入口として役に立つ。しかし「この部位が、この機能をつかさどる」という言い方には、いつも但し書きがついて回る。実際に機能が立ち上がる場面を調べていくと、単一の部位だけで完結している例はむしろ少なく、多くの場合、複数の——しばしば物理的には離れた——領域が同時に活動し、たがいに信号をやり取りしながら一つの仕事をこなしていることが分かってくる。

同じ部位が、状況によって違う仕事をしているように見えることもある。ある領域は、あるときは視覚的な情報の処理に加わり、別のときには記憶の想起に加わる。部位そのものの性質が変わったわけではなく、そのときどの領域の集まり——ネットワーク——の一部として動員されているかが違うのだと考えると、説明がつく。脳の機能は、部位という「場所」の性質としてよりも、結合という「関係」のパターンとして立ち上がっている場面の方が多い。

数が多いから賢いのではなく、つながり方が効く。細胞の章で触れたこの見方は、部位の単位で見ても同じように成り立つ。1000億個のニューロンも、四つの葉も、単体では何もできない。それらがどう配線され、どの組み合わせで一緒に動くかが、脳の働き方を決めている。

三つのネットワーク

脳内に見つかっている大規模なネットワークの中でも、とくによく調べられているのが次の三つの組み合わせだ。

実行系ネットワークは、目の前の課題に意識を向け、集中して取り組んでいるときに活発になる。計算をする、文章を書く、初めての道を運転するといった、注意を一点に絞る必要がある場面で主役を務める。

デフォルト・モード・ネットワークは、反対に、これといった課題に取り組んでいないとき——ぼんやりしているとき、心が内側にさまよっているとき——にかえって活動が上がるという、やや直感に反する性質を持つ。名前の「デフォルト」は、特別なことをしていない既定の状態でむしろ働くことに由来する。空想、自分についての内省、過去の記憶をたどることなどに関わっているとされる。

サリエンス・ネットワークは、この二つのあいだを切り替える役目を担う。「いま注意を向けるに値するものが現れたか」を絶えず見張り、価値があると判断すれば実行系ネットワークを立ち上げ、そうでなければデフォルト・モード・ネットワークに主導権を戻す。

この「注意を向けるに値するかどうかを見張る」という仕事は、第2部・第3部で扱う予測と誤差の話ともつながってくる。脳が絶えず先を予測し、その予測から外れたものにだけ強く反応するという仕組みは、サリエンス・ネットワークが担っている選別の役割と、根っこの発想を共有している。

この三つはあくまで代表例で、脳内にはこれ以外にも運動や視覚に関わるネットワークなど、いくつもの大規模なまとまりが見つかっている。共通しているのは、どれも特定の一領域ではなく、複数の領域にまたがる結合のパターンとして定義されているという点だ。

使われた結合が、残る

脳の配線は、一度できあがったら固定されるわけではない。よく使われる結合は強まり、使われない結合はやがて弱まって消えていく。この性質を可塑性と呼ぶ。学習や経験の積み重ねが脳の物理的な構造そのものを変えていく、という考え方の土台になっている性質だ。

細胞の章で、ミクログリアが使われていないシナプスを刈り込む役目を担っていると触れた。可塑性はまさにこの刈り込みと、その裏側にある強化とが対になった現象だ。同じ経路がくり返し使われると、その経路をつなぐ結合は太く、伝わりやすくなっていく。逆に長く使われない結合は、いずれ整理の対象になる。脳という配線図は、使われ方に応じて絶えず作り直され続けている、動く地図だと言っていい。

この作り替えは大人になっても止まるわけではないが、もっとも大きく起きるのは幼少期から思春期にかけてだとされる。使われる結合を残し、使われない結合を減らすことで、脳は限られた資源をそのときどきの環境に合わせて配分し直している。

燃費のわるい臓器

これだけ密に配線され、絶えず作り替えが起きている臓器を維持するには、相応のエネルギーがいる。脳の重さは体重のおよそ2パーセントほどにすぎないが、消費するエネルギーは全身の消費量のおよそ20パーセントにのぼるとされる。体格に対して、著しく燃費の悪い臓器だということになる。

しかもこのエネルギーの大半は、何か特別な作業をしているときにだけ使われているわけではない。ニューロンが信号を送っていないときも、細胞膜の内外の電位差を保つといった、絶えざる維持活動そのものにエネルギーが流れ続けている。

課題に取り組んでいるときとぼんやりしているときとで、脳全体の消費エネルギーはそれほど大きくは変わらないという報告もある。前節のデフォルト・モード・ネットワークが、何もしていないはずの時間にもしっかり活動していたことを思い出してほしい。

つまり脳には、文字通りの意味で「休んでいる状態」がない。眠っているあいだも、意識を失っているあいだも、配線のどこかは動き続けている。この「脳は止まらない」という性質は、第3部で知覚や記憶の仕組みを見ていくときにあらためて効いてくる。

脳には、文字どおりの意味で「休んでいる状態」がない。

ここまでで、細胞という部品、地図という配置、そして配線という関係性を一通りたどった。第1部の基本はこれで終わりだ。次の部では、この配線の中を信号が実際にどう伝わっていくのかを、電気と化学という二つの側面から見ていく。