意思決定の不確実性が運動記憶の文脈となる
意思決定の不確実性が運動記憶の文脈手がかりとして機能することについて
背景説明
サッカーの試合でのペナルティキックでは、選手は2つの異なる意思決定シナリオに直面する可能性があります。例えば、ある選手がゴールキーパーがもう一方に動いているのを見て果断に右隅を狙ってキックするか、ゴールキーパーの動きがわからないときに同じキックを行うか。一般には、前者の場合でも後者の場合でも、呼び出される運動記憶（例えば、右側にキックする運動プログラム）は同じであると考えられています。しかし、この仮定は正しいのでしょうか？ これが本研究の中核です。
現行の知覚意思決定モデルでは、一度の意思決定が行われると、後続の運動プログラムは意思決定過程中の不確実性を考慮せず、単一の運動課題を達成するとされています。しかし、本研究ではこの見解に挑戦し、実際には意思決定の不確実性が運動記憶の文脈手がかりとして機能することを提案しています。
運動学習に関する主流の理論では、脳は文脈推論プロセスを通じて、柔軟に異なる運動記憶を形成し切り替えるとされており、これには直接動作を指定する外部感覚手がかりが主に依存しています。しかし、これらの文脈手がかりには動作前の意思決定状態は含まれていません。しかし、実際には、意思決定の不確実性に従って行動を調整するのがより理にかなっています。なぜなら主観的不確実性は行動の結果などの重要な要因に関連しているからです。この意思決定の不確実性が運動記憶に影響を与えるかどうか、そしてその影響が新しい文脈に拡張できるかどうかが本研究の核心です。
出所
本研究は岸尾小鱒、横井あつし、岡沢豪貴、西垣盛見、平島雅弥、および羽倉伸博のチームによって執筆されました。著者らはそれぞれ日本大阪の国立情報通信技術研究所（National Institute of Information and Communications Technology, NICT）、大阪大学（Osaka University）、中国科学院（Chinese Academy of Sciences）、および本田技術研究所（Honda R&D Co. Ltd）に所属しています。研究成果は2024年5月13日に《Nature Human Behaviour》によって採択され、近日オンラインで公開されました。
研究の流れ
実験1：基礎学習とテスト
実験は2つの段階に分かれています：学習段階とテスト段階。実験開始前に、参加者はランダムドット運動意思決定タスクに慣れていました。その後、参加者は確定決定グループと不確定決定グループに分けられます。確定決定グループは100%同相ランダムドット運動を判断し、不確定決定グループは3.2%同相運動を判断しました。学習段階では、参加者は速度依存カールフォースフィールドの影響下で直線到達運動を行いました。フィールド干渉を相殺するために、参加者は適切な垂直力（補償力）を生成する必要があり、これをプローブ試験（チャネル試験）で測定しました。
テスト段階では、参加者は学習段階と同じフォースフィールド課題を続けましたが、プローブ試験では不確実性レベルに応じた運動が含まれました。この設計により、特定の意思決定不確実性の運動記憶がどのように異なる不確実性レベルにどのように普及するかを観察できました。この不確実性レベルには3.2%、6.4%、12.8%、25.6%、51.2%、および100%の運動が含まれます。
実験2：意思決定不確実性を文脈手がかりとしての役割
意思決定の不確実性が文脈手がかりとして機能することを直接示すために、研究者は異なる強度のフォースフィールドと意思決定不確実性のマッチング実験を設計しました。実験は3つのグループに分かれており、主要実験2-1と2つのコントロール実験2-2および2-3です。主要実験2-1では、参加者が異なる意思決定不確実性の文脈で異なる強度のフォースフィールドを学習できるかをテストします（例：確実および不確実な意思決定の不確実性に関連）。コントロール実験2-2では異なる視覚特徴の影響を、2-3では意思決定前の時間の役割を調査しました。
実験3：反対フォースフィールドの学習
実験3では異なる意思決定不確実性を関連づけることによって、反対方向に関連するフォースフィールドを学習できるかをテストし、対照群デザインを採用しました。実験には2つの主要実験3-1と3-2が含まれており、異なる強度のフォースフィールドをテストし、コントロール実験3-3によって視覚特徴をさらに検証しました。
実験4：意思決定不確実性文脈の異なる視覚刺激間の移転
研究者は実験4によって、ランダムドット運動と矢印シーケンスの2つの視覚刺激における意思決定不確実性文脈での運動記憶の移転状況を検証しました。この実験では、2つの視覚刺激の主観的不確実性レベルを一致させることによって異なる視覚刺激間の移転が可能かどうかを確認しました。
実験5：計画と実行段階での意思決定不確実性
実験5では、意思決定不確実性が計画および意思決定段階で文脈手がかりとして運動記憶に影響を与えるかどうかをさらに探求しました。参加者は初期の直線到達動作の後、意思決定方向に従って次の動作を完了するよう求められました。異なる不確実性レベルの意思決定がそれぞれ報告され、第1段階の動作への影響を評価しました。
主な研究結果
実験1では、参加者がそれぞれの不確実条件下でうまくフォースフィールドを学習し補償しましたが、テスト段階では意思決定不確実性が異なるため、2つのグループは異なるフォースフィールド補償レベルを示しました。
実験2では、参加者が意思決定不確実性文脈に基づいて異なる強度のフォースフィールドを学習できることが示されました。コントロール実験2-2および2-3の結果は、この効果が単に視覚特徴や意思決定前の時間の違いによるものではないことを示しました。
実験3の結果は、参加者が異なる意思決定不確実性文脈に基づいて反対方向のフォースフィールドを補償できることを示し、実験2-1の結論を検証しました。
実験4は、意思決定不確実性文脈の抽象性をさらに証明し、特定の刺激に依存しないことを示しました。ランダムドット運動決定の不確実性は矢印シーケンス刺激に移転可能でした。
実験5では、計画および意思決定段階においても意思決定不確実性が文脈手がかりとして運動記憶に影響を与えることを確認しました。完全に意思決定動作を実行していない場合でも（nogo試験）、不確実性文脈に基づく運動記憶は引き出されました。
研究の意義と価値
本研究の結果は、現行の意思決定と運動学習の主流理論に挑戦するだけでなく、運動記憶における文脈推論の役割を拡張しました。直感的には、これらの研究は運動記憶が文脈推論によってどのように影響されるかの理解を強化し、直接関連する運動制御手がかりだけでなく、意思決定過程そのものの不確実性も含むことを強調します。
研究のハイライト
- 意思決定の不確実性が運動記憶の文脈手がかりとして機能することを検証し、運動記憶の文脈推論メカニズムのより深い理解に寄与します。
- 運動記憶の異なる視覚刺激間での移転性を示し、この記憶の抽象性を示唆しています。
- 計画および実行段階の意思決定不確実性が運動記憶に与える影響について探求し、意思決定プロセスの神経メカニズムの理解を豊かにします。
本研究は運動学習と意思決定科学研究に新たな視点を提供するだけでなく、運動トレーニングやリハビリテーションの戦略最適化等、実際の応用にも影響を与える可能性があります。将来的な研究では、この不確実性文脈が異なる課題にどのように普遍的に作用するか、その神経メカニズムをさらに探求していくべきです。