考えるスピードについて考える。長いプロセスですが、やってみましょう！

探究心のある私たちは、常にいろいろなことのスピードについて問いかけたり、数値で測ったりしています。科学者は光のスピード、音のスピード、太陽の周りを周回する地球のスピード、鳥が羽を動かすスピード、大陸移動のスピードなど、ありとあらゆるスピードをある程度の正確性で定量化してきました。

これらのスピードの数値というのは特徴のはっきりとしたものばかりですが、では果たして考えるスピードっていうのはどれくらいなんでしょうか。簡単に答えられない難しい質問ですよね。でもがんばって導き出して見ましょう！

まず、思考についての思考から

スピードを数値で表すには、まずは始めと終わりを決めなくてはいけません。｢思考｣はアクションが起こった瞬間に感覚情報が受信されて、その時点から精神的な活動として定義されます。この定義は｢思考｣と考えられそうな、たくさんの経験やプロセスははずしてしまう必要があります。

｢思考｣は、知覚（どこに何があるかを決定するもの）、意思決定（何をするかを決定するもの）、そして行動計画（どのようにするかを決定するもの）に関連するプロセスを含んで考えます。それぞれがどこで独立するかとプロセスの区別は曖昧です。そしてそれぞれのプロセスと、おそらくそのプロセスのサブコンポーネントも｢思考｣と考えられます。しかし、とにかく｢始め｣を決めないことにはこの考えるスピードを測るという問題に取り組めません。

最後に｢考えるスピード｣の値について明らかにするのは、ロケットから自転車までぜーんぶの乗り物と呼ばれる物をひとくくりにして、｢乗り物の一番早いスピードは？｣という答えを導き出すようなものです。なぜかというと時間の尺度でいろんな種類の考えというものがあって、それぞれ大きく変わってくるからです。例えば、陸上競技の短距離走者がよーいドンのピストルが鳴ったあと（150ミリ秒の世界！）、走り出すのを決めるようなシンプルで素早いスピードから、高速道路を運転している時に車線変更をしようと決めるとか、数学の問題を正しい数式で解こうとする時（数秒から数分）のような複雑なことを考えるスピードまで色々です。

思考は目に見えないけど、じゃあどうやって測る？

思考っていうのは結局のところ体内で起こることで、実際に観察のできない個別化されたプロセスです。末梢神経と中枢神経系の全体にある神経細胞の複雑なネットワーク全体の相互作用によるものなんです。研究者は思考のプロセスの間、神経システムのどの部分が活動しているのかとか、神経システムを情報がどのように流れるのかを機能核磁気共鳴断層装置や脳波検査などの画像技術を使って見ることができます。でも私たちはその神経のシグナルが感情面にどのように関係しているかはっきりとわかるまでには、まだまだ長い道のりです。

なんではないか、と多くの科学者が考えているようです。反応時間というのは、特定の信号の開始から、その行動が開始した瞬間の時間のこと。実は情報が神経システムをどれくらいの速さで伝達するのかを測定するのに関心があった研究者たちは1800年代中盤ごろから、ずっと反応時間を使ってきたんですって。このアプローチは道理にかなっていて、なぜかというと思考は結局のところ、明白な行動を通して発現するものだからです。反応時間は感覚情報を受け取り、解釈するのにどれだけ効果的かという指標調べを提供し、その情報をもとに何をするか、そしてその決定をもとに行動を計画・開始します。

神経因子の関わり

すべての思考が起こるのにかかる時間は、最終的には神経細胞の特性と関連するネットワークによって形作られます。たくさんのことが情報がシステムを通って流れる速度に影響を与えるんですが、その中でも3つの大きな要因は次の通りです。

信号が遠く移動すればするほど、より長い反応時間が必要になります。足を動かすための反応時間は、手を動かす反応時間より長くなります。なぜかというと、脳から信号が行き来するのにより長い時間がかかるからです。これは反射神経を通して証明されています（でも反射神経というのは、神経に関係ない注意深い｢思考｣抜きで起こるものです）。今回の目的の重要な観察はというと、背が高い人が背の低い人より反応時間が長くかかる、という反射神経と同じです。例えば2つの宅急便がニューヨークに向けて同じ時間に出発し、同じスピードで移動したとします。ワシントンDCから出た宅急便は、必ずロサンジェルスから出た宅急便より先にニューヨークに到着しますよね。それと同じ原理なんです。

神経の幅というのも重要になってきます。宅急便が何車線もある広い高速を通るほうが、細い田舎町の道を通るより早く移動ができるのと同じで、信号は幅の広い神経のほうが細いのよりも早く伝達します。神経信号は髄鞘の間と露出している部分の間をジャンプするんです（神経細胞の画像はこちら）。神経細胞がどれだけの髄鞘を持っているかというのもまた重要になってきます。

一部の神経細胞には、あるタイプの絶縁シースを提供する細胞のまわりに巻きついている髄鞘があります。その髄鞘シースは細胞に沿って途切れなく続いている訳ではなく、神経細胞の中で小さな割れ目が露出しています。神経信号は神経の表面をずーっと通って行くんではなくて、効果的にその露出している割れ目から、ジャンプして行きます。そうやって信号は髄鞘シースのある神経の中を、髄鞘シースのない神経の中よりずっと早く移動して行くんですね。ここで宅急便の例でやってみましょう。これはメッセージが宅急便で道路を通って運転して運ばれるより、電波塔を伝って電波で届けられたほうがよっぽど早くニューヨークに着く、というのと同じことです。人間の場合で言うと、脊髄を筋肉につなげている大きい幅の髄鞘神経によって運ばれる信号は秒速70〜120マイルで移動することができます。ところが狭い幅の痛み受容体の無髄繊維によって運ばれた場合は秒速0.5〜2マイルの速度に落ちてしまうんです。かなり大きな違いですよね！

思考に関係する神経細胞の数が増えると、信号が移動しなくてはいけない絶対距離が大きくなるということになります。つまりもっと時間がかかるということです。宅急便の例で見てみましょう。ワシントンDCからの宅急便が寄り道せずにニューヨークに到着するまでの時間は、シカゴ、ボストンと寄り道をしてから到着するより短いと言うことと同じなんです。

そして神経細胞の数が増えるということは、もっとコネクションも増える、ということです。ほとんどの神経細胞は他の神経細胞とは実際の接触はありません。そのかわり、ほとんどの信号は、シナプスと呼ばれる神経細胞の間にある、小さな空間を横切って移動する神経伝達物質の分子を介して伝達します。このプロセスは、一つの神経細胞内で信号が伝達するのよりもっと時間がかかるんです。宅急便の例でいくと、ワシントンDCからのメッセージをニューヨークに運ぶまでに、一つの宅急便会社で運ぶと早いけど、複数の会社を使うと、経由するのに止まったり、荷出ししたりの時間がかかりますよね。それと同じです。一番シンプルな思考でさえも、結局はたくさんの構造と何百もの神経細胞と関わっているのです。

どのくらいの速さで起こるの？

ある思考が生み出され、150ミリ秒以下で作動というのはびっくりの速さですよね。例えば、短距離走者がスタートラインに立っているとしましょう。よーいドンのピストルの音を受けて、走り出すための筋肉を動かすのコマンドを出します。耳の中から始まり、神経系の構造を通り脚の筋肉に情報が到達します。この一連の流れは目をまばたきする半分の速さで起こるんです。

短距離走者が走り出すのに必要な時間はとても短いものですが、たくさんのことが影響しています。一つは、聴覚の｢GO｣信号の音の大きさです。｢GO｣信号の音が大きくなるにつれて、反応時間は短くなる傾向にあるようですが、120〜124デシベルの範囲でさらに約18秒の短縮が起こるようです。これは大きな音が｢びっくり｣の反応を生み出し、それが走ろうと準備して待っているのを行動に移す引き金となるのです。

研究者たちはこのびっくりの反応は、脳幹の神経中枢の活性化に役立つんではないかと考えているようです。このびっくりの引き金は、比較的短く、あまり複雑ではない神経系に関係しているので、もっと反応が速くなるかもしれないのです。びっくりの反応は、大脳皮質のより複雑な構造まで伝達する必要がなく、起こっているからです。とは言うものの、びっくりによって引き起こされた反応は、本当に意思決定があって起こった行動なのか？ という点で、｢思考｣と呼べるのかと議論になってきました。しかし、びっくりで起こった反応の反応時間の差は、距離や複雑さの神経因子の効果を表していると言えるでしょう。非自己的な反射は短く、シンプルな回路を通っていて、反応するのに時間があまりかからない傾向にあります。

思考や行動の認識

どれだけ早く反応というものが起こるかを考えてみると、思考や行動は瞬間的に起こっているように思いませんか？ でも実はそれ、行動が実際に起こるときについての短絡的な考えなんですね。

私たちは思考やそれによって引き出された動きについてわかっているつもりですが、動きが開始すると思っている時間と実際に動きが開始する時間の間には、興味深い分離が観察されています。ある研究では、研究者がボランティアの人たちに時計の秒針が一周するを見て好きなタイミングで指や手首を早く動かすようにお願いし、時計の針が一周したあと、自分の指や手首を動かした時点の針はどこを指していたのかを教えてもらうという実験をしました。

すると、まぁびっくり。ボランティアの人たちはこぞって、実際に動きを始めた時間より75〜100ミリ秒前の時間を言ったんですね。この差は脳から腕の筋肉まで命令の信号が到達するのに時間がかかるから（実際には16〜25ミリ秒かかります）という説明だけでは片付けられないんです。なんでこの間違った認識が起こってしまうのかは明らかではありませんが、一般的に人間は動き自体が開始する瞬間ではなく、これから動くという予測のもとに動きの開始を判断しているからなんではないかと言われています。これらの調査・研究によって、計画と行動のコントロール、またこの世界での感覚とコントロールについての重要な質問が浮かび上がってきました。だって私たちの行動するという決定と実際の行動が違っているからです。

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要約して言うと、｢考えるスピード｣を数字で表すのは不可能なことかもしれません。でも行動の計画から完了までの時間を分析することで、神経系がこれらのプロセスをどれくらい効率的に行っているのかと、運動や認知障害に関係した変化が精神的な活動の効率性にどのような変化を与えるかいう重要な見識を知ることができるんですね。

image by Reha Mark/Shutterstock

source: The Conversation

Tim Welsh - Gizmodo US［原文］

（リョウコ）