なぜ研究者たちはVRと認知症の関連性を調べるためにラットを使っているのか

昨年の 11 月に、私は神経疾患の調査、さらには治療を目的としたビデオ ゲームと関連テクノロジーのいくつかの例を調査する記事を書きました。これには仮想現実アプリケーションも含まれており、これにより Pilotmonkey という 読者からのコメントが寄せられ、「PSVR が脳に認知症に似た反応を引き起こすという報告があったため、PSVR の使用をやめた」というコメントが寄せられました。 Pilotmonkey は続けて、この分野で実施された研究について言及しました。興味があったので、私はその後数か月かけてこの可能性を詳しく調べました。

私には既得権益のようなものがあります。私も PSVR を所有しており、かなり頻繁に使用しています。たとえば、私は 8 月のリリース以来、チーム シューティング ゲーム『ファイアウォール: ゼロ アワー』を断続的にプレイしていますが、仮想現実におけるテトリス エフェクトの比類のない体験には今でも戻ってきます。 VR ゲームをプレイした後に悪影響に気づいたことはありません。乗り物酔いにもなりません。

このテーマを少し調べてみると、すぐに複雑な領域に陥っていることがわかりました。まず、空間マッピングの概念を簡単に説明する必要があります。多くのゲームでは、脳は現実世界と同じように仮想現実でも機能する必要があります。たとえば、私が愛用しているファイアウォールを考えてみましょう。各マップを 1 つの連続した空間として認識し、そのようにナビゲートする必要があります。つまり、仮想距離のどこかを見てそこに移動するか、以前に占有していた場所に戻る必要があります。物陰に出入りしたり、敵を狙って射撃したり、目標を攻撃したり防御したりするとき、脳は空間を見てその仕組みを理解できるように、あたかも実際にそこにいるかのように動作する必要があります。

私たちの空間感覚をつかさどる脳の部分は海馬であり、記憶機能にも重要です。海馬は、空間マッピングを通じて空間を認識し、移動することを可能にします。これをより深く理解するために、私は UCLA の物理学、天文学、神経学の教授であるマヤンク・メータに連絡を取りました。

Skype でメータ教授と連絡を取ると、彼が発する強烈で少し緊張したエネルギーにすぐに気づきました。彼はコミュニケーション能力が高く、質問に対して、あたかも事前に注意深く準備したかのように、世界中の人々に響く詳細で共感できる返答を即座に返すことができる人物の 1 人です。

「完全には理解されていませんが、基本的な考え方は、部屋の 1 か所にいると、特定の光と特定の音を経験するということです」と空間マッピングについて尋ねると、メータ氏は言いました。 「そして、部屋の次の場所に行くと、別の光と音を経験します。そして、あなたの脳には、神経可塑性と呼ばれるものが存在します。神経可塑性は、音と光を経験すると脳の配線方法を変化させます。」この場所では、ニューロン回路が変更される方法は、ニューロンが一緒に発火し、一緒に配線されることです。

「[部屋の中の 2 つの異なる場所を経験することに関連する] 2 つの神経回路が組み合わされます」と彼は続けます。「そして今、ここでは 1 つのビューのセットと別のセットのビューではなく、エリア全体を 1 つの空間と呼ぶでしょう。そこにある景色。」

言い換えれば、神経可塑性（脳の機能を担う細胞であるニューロンの相互接続方法を変える脳の能力）によって、すべての部分がひとつにまとめられるのです。非常に複雑なジグソーパズルを組み立てていると想像してください。おそらく雲のイメージや車のイメージを形にすることができたのではないでしょうか。これらは、何百もの個別のパズルのピースに囲まれた、一見無関係に見える 2 つの別々の画像です。神経可塑性によってパズル全体が組み立てられるため、左側に雲、右側に車の代わりに、1 つの完全なシーンが表示されます。交通量の多い通りの上に雲がいっぱいの晴れた空。車から車、クラウドからクラウド、車、そしてまたクラウドを見ると、それが 1 つの連続した画像であることがわかります。これが実生活における脳の仕組みです。しかし、驚くべきことに、それは仮想現実でどのように機能するかのようには見えません。

パズルの例えをもう少し拡張すると、VR では、脳の神経可塑性が少数のパズルのピースだけを接続し、それらをランダムに選択して理論的に解読不可能な画像を作成しているように見えますが、それでも VR ユーザーは、あたかもそうであるかのように機能することができます。パズルは完成しました。これを文脈で理解するには、UCLA でのメータの仕事について議論する必要があります。

メータ氏は、仮想現実環境をナビゲートするラットの脳活動を研究する研究者チームを率いました。 (これはPilotmonkeyが参照した研究かもしれない)。 「私たちはネズミ用の仮想現実を作成しました」とメータ氏は語ります。 「彼らは快適に座っており、ハーネスを着用しており、完全に快適です。彼らは昼寝をしています。走り始めるとすぐに、足の下の小さなボールが動き始めます。そして、彼らはハーネスによって優しく保持されているので、ずれることはありません」ボールの動きが、仮想現実エンジン、つまりラットの周りの視覚的なシーンに動きを生み出します。

「私たちはそれを非常に没入感のあるものにしました」と彼は続けます。 「スクリーンをテレビのように彼の前に置くだけでなく、彼の周囲に広がるスクリーンとして設置しました。画像は足元まで届くので、彼は完全に没入できます。一般的な VR よりも優れています」 「最近は。ゴーグルを着けていますが、足も手も見えません。しかし、[ネズミ]は完全に自分自身を見ることができ、自分の影を見ることができます。つまり、完全に没入型でありながら、非現実的なゲームです。侵略的な仮想現実。人間の仮想現実と比較すると、仮想現実のロールスロイスのようなものです。」

メータ氏のチームは、そのエリアが清潔で、動きを引き起こすボールが滑らかであることを確認し、匂いや質感がラットの仮想現実迷路の認識を妨げないようにした。研究の当初の目的は、海馬で空間地図がどのように作成されるかをより深く理解することでした。

ラットは仮想現実に非常にうまく慣れ、あたかも現実世界の迷路であるかのように反応し、教えられたタスクを実行しました。すべてが素晴らしく進んでいた。 「その後、脳信号を測定しました。『これは完全にきれいな迷路だ。美しい空間マッピングが得られるはずだ』と考えたからです」とメータは私に語った。 「そしてその代わりに、私たちが発見したのは非常に驚くべきことでした。」

メータと彼のチームは、まったく予期せぬものを発見しました。それは、この分野でさらに研究が行われるのを見たいと彼が熱望するきっかけとなったものでした。 「仮想現実では（海馬の）ニューロンの 60 パーセントが単にシャットダウンすることがわかりました。これは大きな違いでした。これほど大きな割合のニューロンがシャットダウンするとは予想していませんでした。そして、私たちは『よし、やってみよう』と言いました。」残りの 40 パーセントのニューロンを見てください。それらは何をしているのでしょうか?」私たちは、残りのニューロンの活動パターンも大幅に変化していることを発見しました。あたかもランダム化されたかのように、あたかもそれらのニューロンがラットが宇宙のどこにいるかをまったく知らないかのようにです。それは非常に驚くべきことでした。ラットは自分がどこにいるかをはっきりと知っているようですから、彼は仮想迷路内を移動できるようになります。

「ですから、私たちはまだその実験を追跡調査しているところです」とメータは私に語った。 「私たちは、彼らの仮想現実の記憶力がどれほど優れているかをテストするための新しい実験を行っています。なぜなら、彼らは仮想世界を見ることはできるかもしれませんが、世界の心の地図、つまり記憶を作ることはできないかもしれないからです。」

この追跡調査は執筆時点では未発表のままであるため、メータ氏はそれについて議論することができなかったが、数か月以内に出版され、彼と彼のチームがさらにいくつかの答えを得ることが彼の希望である状況の理解に少し近づいた。

今のところ、あなたと私には 2 つの疑問があります。まず、ラットの脳から得られた発見は人間の脳に関連すると考えられますか?メータ自身の認めによれば、ネズミの脳は研究がはるかに簡単です。そして、たとえその発見が人間にも当てはまると仮定できるとしても、なぜ気にする必要があるのでしょうか?

3D 空間の認識と同じくらい人生にとって根本的に重要なことが関係しているという事実は、それ自体で最初の質問のほぼ答えになります。 「私たちは、すべての動物が空間を認識する方法は同一であると信じています。そして、それは間違いないのです」とメータ氏は言います。 「なぜなら、あなたがワインをおいしいと思っていても、あなたの犬がそう思わないとしても、それは問題ありません。しかし、あなたの犬があなたがいる場所に同意しなかったら、あなたは衝突するでしょう。ライオンとシマウマは衝突するでしょう、おそらくすべてのシマウマが衝突するでしょう」ライオンがすぐに捕まえてしまうので、食べられてしまいますし、太りすぎてライオンは死んでしまいます。もしすべての種が絶滅したら、地球上の生命、地球上のすべての生命体は終焉を迎えることになるでしょう。鳥、ワニ、シマウマは、どれだけ異なっていても、空間と時間が正確にどのようなものであるかについて 100 パーセント一致していませんでした。私たちは、これがすべての動物の認知の基本的な特性であり、共通に共有されていると信じています。それが理由です。空間を認識するネズミの行動を研究することで、私たちがどのようにして抽象的なアイデアを生み出すのかを理解できるようになります。」

メータ氏の発見が潜在的に何を意味するかというと、仮想現実を使って彼がラットの脳活動を観察した前例があり、それを単独で考えれば憂慮すべきことである。 「（ネズミの）視覚は前に進んでいることを伝え、爪は前に進んでいることを伝えていますが、加速感はどこにも行かないことを伝えています」とメータ氏は言う。 「そして、これらのニューロンが異常に発火する原因となるのは、さまざまなもの間の不一致です。そして、この種の不一致は、さまざまな病気でも同様に発生している可能性があると考えられています…完璧に機能していない古いテレビや古い映画を見るのと同じです。 「会話、音、光、シーンがわずかにずれています。何かが間違っていることがわかります。それがまさに仮想現実で起こっていると私たちが考えていることです。」

神経可塑性、つまり回路を再配線する脳の能力が生涯を通じて維持されることは確立された事実です。懸念されるのは、少なくともラットの脳機能に異常を引き起こすと思われるVRの使用が、脳に望ましくない方法で再配線するよう「教える」可能性があるということだ。しかし、これ自体は何も証明しておらず、メータ氏は、この問題を研究するにはさらに多くの研究が必要であることを強調したいとしている。彼の研究は複雑な主題に関する 1 つの研究であり、脅迫には興味がありません。

「長期的な影響を人間の脳で測定するのは非常に困難です」と彼は説明します。 「人間の老化は非常に遅いからです。人間の寿命は約 100 年ですが、ネズミの寿命はおよそ 2 ～ 3 年です。今日、仮想現実を使用しているティーンエイジャーが、自分の年齢に何が起こるかを確認するのに 40 年も待つことはできません。 60歳です。アルツハイマー病の原因ですか? 他の[病気]の原因ですか? それとも治療効果がありますか? もしかしたら良いことなのかもしれません! わかりません! でも、ラットでそれを測定する必要があり、それらの実験は数回で行うことができます」

タブロイド紙がメータを選択的に引用し、「VR はアルツハイマー病を引き起こす!」と叫ぶのは容易に想像できます。その表紙全体にわたって。同様に、可能性を反証するためだけにその可能性を検討することを拒否することも役に立ちません。現時点では、私たちはこの領域全体に関する長い調査プロセスの始まりにいます。メータ自身がそれを最初に伝えるでしょう。しかし、先に進む前に、認知症 (アルツハイマー病などの病気が該当する包括的な用語) が実際にどのようなものであるかを定義してみましょう。

「認知症は、人々が経験する可能性のあるさまざまな症状を指す言葉です」と、英国アルツハイマーリサーチの科学メディア責任者であるエド・ピンチスは私に語った。 「人々が最も一般的に考えているのは、認知症の症状の 1 つである物忘れです。しかし、他にもあります。たとえば、空間ナビゲーションの問題、性格の変化、行動の変化などです。認知症はさまざまな病気によって引き起こされます。これらは脳の病気であり、その中で最も一般的なのはアルツハイマー病です。

メータの研究についての深い知識がなかったので、ピンチスはそれについてコメントすることができなかった。しかし、彼は重要な生物学的要因を含め、認知症の根源について私に詳しく話してくれました。 「脳の神経細胞の内側と外側に蓄積するタンパク質があります」と彼は私に言います。 「これらの神経細胞は、メッセージを運ぶのに非常に重要であり、私たちが物事を思い出すことができるように助けてくれています。そして、神経細胞が相互にメッセージを送信する方法は、私たちの記憶が暗号化される方法です。これらの[タンパク質]には何か毒性があるようです」通常、[神経細胞の外側] アミロイドが最初に来て、[神経細胞の内側] タウが後から来ます。そうすると、神経細胞が死ぬことになり、したがって相互にメッセージを送ることができなくなります。脳は物理的に縮小するため、以前よりも神経細胞が減り、その結果、物事を行う能力が低下します。」

これらのよく理解されている生物学的要因は、神経可塑性と認知症の間の潜在的な関連性を裏付けるものではないようです。しかし、アルツハイマー病の進行を詳しく見てみると、メータの仮説とのわずかな類似点が 1 つあります。脳の特定の領域の重要性。

「最初に影響を受ける脳の領域は、短期記憶の想起を扱う部分、つまり海馬です」とピンチス氏は言う。 「これが、アルツハイマー病の最初の症状の1つが物忘れになる理由です。アルツハイマー病中には他のことも起こるため、これら2つのタンパク質だけではありません。現在、脳の免疫系が異常を起こしていると考え、多くの研究が行われています。 「これは病気の進行において非常に大きな役割を果たしています。免疫反応を助ける脳細胞があり、また脳にはこれらの神経細胞が適切に仕事をするのを助ける支持細胞、つまりミクログリアとアストロサイトと呼ばれる細胞もあります。」

ただし、海馬が常に影響を受ける脳の部分であるとは限りません。 「前頭側頭型認知症（FTD）は、脳の前頭葉で発生する病気によって引き起こされます。また、脳の側面や後部にも影響を与える可能性のあるアルツハイマー病の変種も存在します。つまり、海馬は、そうです、非常に優れた機能を持っています。重要ですが、どの病気にかかっているかによって異なります。」アルツハイマー病の複雑さについて詳しく説明し続けながら、ピンチスは私に次のように語った。「さまざまな原因があり、それらが複雑に絡み合っています。年齢は最大の危険因子の 1 つです。年齢を重ねるにつれて、アルツハイマー病の可能性が高くなります。」アルツハイマー病の非常にまれなケースでは、認知症が老化の避けられない一部であるという意味ではありません。アルツハイマー病の非常にまれなケースでは、この病気を引き起こす遺伝子の欠陥が存在する可能性があります。しかし、リスク遺伝子と呼ばれる遺伝子は他にもあり、その遺伝子のコピーを持っているからといって、その病気にかかるというわけではありませんが、病気にかかる可能性は高まります。アルツハイマー病を発症するリスクの約 30 パーセントは、修正可能な危険因子によるものです。これらは教育レベルや富のレベルなどです。」

教育が必要です。 「77%の人は心血管疾患のリスクを軽減できることを知っていますが、認知症のリスクを軽減できることを知っている人はわずか34%です」とピンチスは私に言いました。 「これは、本当に衝撃的な統計です。私たちが言っているのは、健康な心臓を持つことは、健康な脳を持つことでもあるということです。私たちが話す健康に関するメッセージはすべて、血圧が良い、コレステロールを抑える、禁煙する、などです。推奨ガイドライン内で飲酒すること…すべてが認知症にも当てはまります。」

したがって、陪審は現在、VR の使用と認知症との間の潜在的な関連性についてはほとんど意見を出していませんが、健康的なライフスタイルを維持することが、そのような病気を発症するリスクを軽減する良い方法であることは確かです。実際、VR は空間ナビゲーションと認知症の関連性に関する研究を強化するために使用されており、これにより診断の新たな道が開かれる可能性があります。

「空間ナビゲーションは、アルツハイマー病で最初に問題が起こる可能性のあるものの1つであると考えられています。まだ完全には確信が持てませんが、これは研究者が研究していることです」とピンチス氏は説明する。 「これらのタンパク質は、症状が現れ始める何十年も前から脳内に蓄積されているため、私たちはこれらの病気をより早期に診断し、検出できるようにしたいと考えています。そのための 1 つの方法は、人々の空間ナビゲーション レベルを調べて、どのように変化するかを確認することかもしれません。 「彼らはナビゲートしており、それが誰かが病気を発症している兆候であるかどうかを確認しています。そこでアルツハイマー病研究英国はドイツテレコムと協力し、Sea Hero Questというアプリを作成しました。これはVR、サムスン、 Oculus VR。ゲームをダウンロードしてプレイすることで、あなた自身が研究に貢献することになります。つまり、ゲームをダウンロードすると、あなたは船の船長になります。どのようにしてさまざまな場所に行ったかを覚えて、照明弾を撃ち返す必要があります。あなたの開始位置 […] ゲームをダウンロードしてプレイすることで、研究室の科学者が研究室の環境では単純に行うことができない多くの時間の研究を得るのに役立ちます。」

Sea Hero Quest はこの記事の執筆時点で約 250 万人がプレイしており、このプロジェクトはすでにいくつかの興味深い結果を生み出しています。 (ARUK の Web サイトによると、このアプリは「9,400 年以上に相当する同等の研究室ベースの研究」を生み出しました。) ビデオ ゲームに最も精通している人によって結果が偏ることを避けるために、チュートリアル レベルの結果を本体と比較しました。結果の。これまでのところ、北米、北欧諸国、オーストラリア、ニュージーランドに住む人々は空間ナビゲーション能力が最も高く、一般に男性の方が女性より優れていることがわかっています。予想通り、男女平等がより進んでいる国では、この違いはそれほど顕著ではありません。おそらく同様に予想通り、最も優れたパフォーマンスを発揮したのは GDP が最も大きい国々でした。全体として、空間ナビゲーションのパフォーマンスは年齢とともに一貫して低下しました。

あらゆる不確実性の中で、明らかなことが 1 つあります。アルツハイマー病および関連疾患の原因と進行を完全に理解するには、さらに多くの研究が必要です。 VR の使用が認知症を引き起こす可能性があることを証明するものは何もないため、まだヘッドセットをゴミ箱に捨てないでください。とはいえ、その可能性もまだ反証されたとは断言できません。

私たちの業界が成長し成熟し続けたいのであれば、気まずい議論や不快な可能性を受け入れなければなりません。自分自身を隠れてはいけません…そう、別の現実の中に。そのような懸念が見つかった場合は常に、怠惰な脅迫行為を非難するのと同じくらい強く調査を奨励する必要があります。