カテゴリー: Swartz Center/UC San Diego

ジャーナルのページ

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/ejn.15131

オーディオ迷路というのはスウォーツセンターの行動中の脳身体計測法の諸プロジェクトの目玉企画であり、何億円もの予算を取り、専用の実験室が「下の階」にここ十年来鎮座してきたという経緯があります。目隠しした被験者が何もない空間の中を「手探り」で歩き回り、コンピューターによってプログラムされた「壁」に手が触ると音が鳴って接触を知らせる、という課題です。目隠しされた被験者の移動速度は自然と遅くなり、また空間探索は右手を伸ばしてのみ行えるため、その典型的な行動パターンを何度も繰り返して行うことから、事象関連脳電位の研究に意外と適した課題になりうる、ということの実証実験ですね。

本実験の中での一番重要な点は、目隠しをしていたのに後頭葉で重要な脳活動の変化が見られたということでしょう。通常、後頭葉というと視覚処理がまず連想されるわけですが、目隠しをしていますからね。ベルリンの同僚たちはこの手の空間探索移動課題の論文を何年も前から10本以上出していて、後部帯状回の尻尾の下にある板状回という部位がこの手の処理に関わっていると主張しています。まあ一般論でいえば、脳の機能分布的には板状回は確かにそういう機能を持つのでしょう。しかし頭皮上計測脳波で板状回の活動を推定するというのは私には無理な試みのように思えます。それよりも、 舌状回が後部海馬傍回場所領域に該当するという文献を見つけ、このほうが頭皮上計測脳波としてまだ計測可能だなと思いました。ですので結果の解釈は舌状回により強調を置いて行いました。

脳波の解析で先進的な手法の試みとして、グループレベルの情報流解析ツールを使って時間遅れのある接続解析を脳領域間で行いました。このグループレベルの解析ツールは、私がカリフォルニア大学ロスアンジェルス校との共同研究のために開発したものです。予測された通り、後頭部と下頭頂部を中心とした時間変化するネットワークのダイナミクスを捉えることができました。

この論文は25ページもの長さがあり、12000語と14個の図（付録にはさらに3個の図があります）からなります。大学院生やポスドクには、こういう論文を書いてはいけないという見本にしています。こういう論文を書いていると、経歴を危険にさらす 恐れがあるからです。実験パラダイムも新奇、解析法も新奇、それでいて心理学的にうまく組まれたトップダウンな問題設定はない、などがその原因です。ある意味、私がこの任を引き受けることになって良かったのかもしれません。手間がかかるとは思いましたが、私のポジションでは経歴をリスクにさらすということはないので。

この短編の技術的論文は元々はザップライン論文に対するオピニオン論文として書かれたものです。https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1053811919309474

したがって、このタイトルも元々の文脈でのみ意味が分かるというものなのですが、残念ながらザップライン論文を掲載した雑誌には論文を載せてもらえなかったため（笑）、適切な文脈から外れて若干とんちんかんなタイトルとなってしまいました。共著者の一人が論文受理後に教えてくれたのですが、まあ、気にしないでおきましょう。

ジャーナルのページ

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7873913/

この論文の要点は、ザップラインは単体でも非常に優れたラインノイズフィルターとしてのパフォーマンスを持つのですが（原著者が「ほぼ完璧」と自賛するぐらい）、実は簡単にその上をいくことができるよ、というアイディアとその実証を示すことです。すなわち、クリーンラインのアルゴリズムをザップラインの後に適用すればよいのです。どうしてそれを私が予言できたのでしょうか？それはZapLineの説明を読んでその本質が空間フィルタ法であると理解できたとき、クリーンラインが時間領域上の非定常性をうまく処理することを思い出して、組み合わせれば最強になるんじゃないかなと考えたからです。

レビュアの一人が、この論文には目新しい発見も開発もないから出版する価値がない、と批判しました。たしかに、それは一理あります。ザップラインもクリーンラインも発表済みだし、私にとっては他人のふんどしですから。しかし、ある洞察に基づく予言とそれを支持する結果を共有するということは、科学のコミュニケーションの基本的な目的であり、やはり大切なことです。言われてみれば簡単なことでも、だからといって誰にとっても直ちに自明というわけではないからです。

ところで、ザップラインの原著者のアラン　ドゥシェヴェニェさんには本論文を書くにあたって親切にいろいろ教えていただきました。特に、「ほぼ完璧」という原著者の自賛に対して私があからさまに足を取っているのに、大人の度量で対応してもらったことには感謝としか言いようがありません。いつか借りを返せる機会がきたらと思います。

第一著者のナタポンがカリフォルニア大学サンディエゴ校にあるスウォーツセンターに来て私に会ったのは数年前のことでした。当時、私はコモジュグラム／コモジュログラムの概念を（そうとは知らずに）「再発明」し、とても気に入っていました。これは周波数交差パワーパワー結合を可視化したもので、スペクトラ共分散とも呼ばれます。私はナタポンにこれで論文書かないかと提案したところ、彼は快諾しました。それでこの論文が出たというわけです。

ジャーナルのページ

https://www.mdpi.com/1424-8220/20/24/7040/htm

EEGLABプラグインのウィキのページ

https://github.com/sccn/PowPowCAT

脳波信号のパワースペクトル密度で二峰を見ることが時々あるかもしれません。しかしこの四峰を見たことはありますか？この脳の持ち主は私たちの研究所の院生です。

このコモジュログラムという図は、私の研究領域で最も近いところではブザキ研究室で最も多用されているように思います。実際、ナタポンと私はブザキ研にメールを書いて、情報を集めたものです。彼らは非常に親切で、ギョルギーさん自身が丁寧に対応してくれた上、当時の担当者とその周辺の方たちを紹介してくれたおかげで、いろいろ面白い（裏）話を聞くことができました。

最初、私が純粋に初めてこの可視化を思いついたとき、これが既知の方法なのかどうかもわかりませんでした。周りの賢い人たちに聞いて回ったりしたのですが、誰も知りませんでした。のちになって、ナタポンと私はこれがコモジュグラムと呼ばれるものだと知ります。しかし、私はこの名前に不満でした。もう一つの名前であるコモジュログラムのほうが造語としてまだましだと思います。一番いいのはもちろん完全に書き下した名前、パワーパワー交差解析法 (PowPowCAT)です。正直言うと、「パウパウキャット」のような素敵な名前の計算ツールであれば、計算内容が何であれやる気全開で論文化することでしょう。ちなみに私の師匠のスコット・マケイグは、こんな名前はやめろと言っていました。彼は奇を衒わない、枯れた名前が好きなのです。しかし奇を衒わないのも一つの衒いであって、私にとっては同じことです。もし、コモジュグラムツールという名を強制されていたら、わざわざ論文にしなかったでしょう。ポップなネコのイラストを夢見ながら論文を書くなんて、なかなか経験できませんよ。

これは慢性チック症についての研究で、カリフォルニア大学ロスアンジェルス校のサンドラ・ルー氏のプロジェクトです。定型発達した子供たちが瞬きを我慢する際に関連する脳活動を研究しました。この研究でサンドラは「衝動メーター」（ただのジョイスティックですが）を使って瞬きへの衝動をリアルタイムでモニターするというユニークな試みをしています（発案は私の師匠のスコット・マケイグでしたが）。研究の結果、前頭前野のあたりにかなりわかりやすい脳活動の変化を捉えることができました。

論文の本編はこちらから。オープンアクセス誌なので無料で読めます。

https://academic.oup.com/cercorcomms/article/1/1/tgaa046/5881803

実は、この論文にはもう一つの隠された目的がありました。それは脳波解析の方法論に関わる疑問／自問です。そもそも考えてみてください。なぜこのような研究が従来出てこなかったかの理由を。それは、瞬きで混入するアーティファクトが通常の脳波解析にとって破壊的な影響を及ぼすからに外なりません。それができましたと言っているわけですから、私は大それた主張をしていることになります。私はサンドラのプロジェクトの解析担当として、自分の解析の妥当性について最低限の検証をしておくべきだろうなと思った次第です。この冒険の成果は（当然ながら）論文本文ではなくて付録資料に記載した程度にすぎませんが、捨てるには惜しい内容もあるので、この場を借りて少し概観してみましょう。

https://oup.silverchair-cdn.com/oup/backfile/Content_public/Journal/cercorcomms/1/1/10.1093_texcom_tgaa046/1/supplementary_material_revision1_tgaa046.docx?Expires=1616171516&Signature=syI9xbw3xWlhjqmNZVhLRacw2pwi8CjXFQhWyo8fiertNMOdIFh80IyS6UZTs3QCtANgEFTfu89sFJpi1lexyNuLX-UGdJzEKWWbAqp0DwW3oEHh0EapvQYalfj33BnqZz5GglE0LBMde-L7VU~CZl63KqWd4Ilg1YY5rq7kV3p735YUGShpnraU8KSmW6qzsbzUpVhrJYoQnuyT-uBjS~-dzql476zQI5xobte3WiOkciUPPsQBYv9YdmJ8KeuKQZ~vBTut43pqjgq3hcj4OT4Se2gEoN2x63ayw3VwiFjUwONiM7f2u2fBxg~M7MYXY56lx6xMZgHeMJKJw-KCeQ__&Key-Pair-Id=APKAIE5G5CRDK6RD3PGA

下の図が、ノイズリジェクション前後の比較です。明らかに振幅（縦軸）のスケールが30倍ほど違います。自分で報告した数値によれば、頭皮上電極の無加工の信号の分散の平均98.4%を除去したことになります。一見するとぞっとするような数値ですから、確認をしておくに越したことはありません。

ノイズと一緒にシグナルも捨ててませんか、と言われたら、なんて反論すればいいんでしょうか。これを正しく説明するには、よく練られたデザインのシミュレーション研究が必要になりますが、そこまでの労力を割くわけにもいきません。事後的に適用可能な状況証拠をそれなりのデザインのシミュレーションでちゃちゃっと示したいわけです。

このシミュレーションでは、振幅の小さな正解データ（無加工データの標準偏差の1%）を頭皮上電極データに加え、それを実際に使用したノイズリジェクション法である部分空間再構成法(ASR)と独立成分分析(ICA)を適用し、正解データがちゃんと生き残るかを確認します。この過程をSN比をどんどん低くしながら何度も繰り返すわけです。結果は以下の通りです。

SN比をどんどん低くしていき、30%まで減らしたところで独立成分の頭皮上分布がガクンと悪くなりました。結論として、小さな正解データ（無加工データの標準偏差の1%）はこのノイズリジェクションを生き延びたというのみならず、SN比でさらに7dBぐらいの余裕があることを示すことができました。

この「そこそこうまくできているデザイン」は急いで作ったものにすぎませんが、もうちょっと付け足すことで一本の論文にするだけの価値が出るように思います。しかしこの手の検証のアイディアは沢山あるので、いちいち論文化していられないという事情があります。もしこういった研究に興味のある大学院生やポスドクの方がいたら、ぜひお任せしたいと思います。ご連絡お待ちしております。

私は「脳の電場」第2版（Nunez and Srinivasan, 2006)の日本語訳という事業に2018年11月から取り組んでいます。残念ながら日本ではまだ出版社が見つかっていませんが、気にせず進めています。各章がだいたい50ページぐらいあって、それを訳すのに大体3-4か月かかります。この本は全11章530ページからなり、それに加えて12個の付録74ページ、索引の6ページを合わせると全610ページあります。今のところ第3章は飛ばして訳を進めています。これはある出版社のアドバイスで短縮版を出す可能性を考慮し、この本の首席著者のポール・ヌニェス博士にその相談をしたところ第3章を削るとよいというアドバイスをもらったためです。私は訳しながら読み進めているので、おそらくこの本を読んだ人たちの中で最も遅い読者でしょう。非常に楽しく翻訳を進めています。

この本のことを知ったのは2010年代初頭で、SCCNの本棚にこの本の第1版が所蔵されていました。私は本書を手に取って、ページをパラパラめくってみました。すると次のような図が目に飛び込んできました。

左側には、脳、後頭部表層のダイポール層、それが生み出す電流分布、頭皮上電極、そして電圧計測の回路が描かれています。これは良いでしょう。右側には、無限、足、そして「便器」が描かれています。 最後の物体は落書きも同然ですが、権威あるオックスフォード出版からこれ出版させるという気合の入ったいたずら精神が印象に残りました。ロックですね。

もう一つ、本書で印象深い箇所があります。それは首席著者の指導教員だったカリフォルニア大学サンディエゴ校のレジナルド・ビックフォード博士が第1版の緒言に書いた次の言葉です。「・・・著者らは自分たちが得意とする物理学の術語をあまりにも自然に振り回し、脳波研究のフィールドに狼藉をなしていた多くの無根拠な権威、『聖なる牛たち』を気軽に屠殺して歩いた。」この師にしてこの弟子あり、脳波研究史上に残る名句ですね。ロックです。