速読における後頭側頭ネットワークの役割：fMRI研究
高速読書における後頭側頭葉ネットワークの役割 - fMRIに基づく研究
背景紹介
読書は人間が新しい知識を獲得する最も効果的な認知的手段です。英語を母語とする成人の平均読書速度は1分間に200〜400単語(w/min)ですが、多くの人がより速く効率的に新しい知識を得るために読書速度の向上を望んでいます。一部の速読愛好家は、英語の文章を1分間に3万〜4万単語の速度で読むことができると主張しています。読書速度を向上させるために、発音の習慣を抑制する、読書中に重要な単語や概念に集中する、文を繰り返し読むことを避ける、訓練によって視野を広げるなど、さまざまな戦略が採用されることがあります。
これらの戦略の提案は、読書過程における脳活動の研究を促しました。既存の研究によると、読書過程には複数の複雑な言語処理の脳領域が関与しています。特に、視覚皮質と側頭葉に位置する領域が、言語処理と読書速度の調節において重要な役割を果たしていると考えられています。しかし、高速読書は単純な順序処理ではなく、複数の脳領域間の動的な相互作用も含んでいます。しかし、この相互作用に関する初期の研究は比較的少なかったため、本研究ではfMRIと先進的なデータ解析手法を用いて、高速読書における視覚側頭葉ネットワークの役割を探究しました。
論文情報
本論文は、Dexin Sun、Zhilin Zhang、Naoya Oishi、Qi Dai、Dinh Ha Duy Thuy、Nobuhito Abe、Jun Tachibana、Shintaro Funahashi、Jinglong Wu、Toshiya Murai、Hidenao Fukuyamaらによって執筆され、研究者は深圳先進技術研究院、京都大学などの機関に所属しています。論文は「Neurosci. Bull.」に掲載され、DOIはhttps://doi.org/10.1007/s12264-024-01251-wです。論文は2023年4月23日に受理され、2024年3月15日に受理されました。
研究設計
研究プロセス
本研究では、まず速読トレーニングコースに参加した23名の日本語母語話者を募集しましたが、4名が全実験を完了できなかったため、最終的に19名の参加者（女性7名、男性12名、年齢範囲20〜46歳、平均32.4歳）を対象としました。参加者は異なる速度（遅い、中程度、速い）での読書タスクを行い、3テスラのfMRIスキャナーでスキャンを受けました。
各fMRI実験セッションは合計19ブロック（9タスクブロックと10休憩ブロック）で構成され、各タスクブロックは30秒の動画で、それぞれ遅い、中程度、速いスピードで提示されました。参加者はタスクブロック中に文章を読み、休憩ブロック中は画面上の固定された十字を注視しました。実験終了後、参加者は内容に関連する質問に答え、速読パフォーマンスを評価しました。
データ処理
すべてのデータはSPM12を使用して前処理および分析を行いました。各参加者のエコープラナーイメージング（EPI）画像はまず幾何学的歪み補正を行い、その後標準モントリオール神経画像研究所（MNI）テンプレートを使用して空間的標準化を行い、EPI画像にガウシアンスムージングを適用しました。実験にはまた、脳機能データにハイパスフィルタリングと低周波ノイズ除去を含めました。
全脳活性化分析とパラメトリック調整分析
実験データは個人レベルと集団レベルでモデリング分析を行い、読書速度が脳活性化の変化に果たす役割を探索しました。パラメトリック調整分析では、読書速度（遅い、中程度、速い）を調整することで、読書速度が脳セグメントの活性化に及ぼす調整効果を研究しました。
心理生理学的相互作用分析と動的因果モデル分析
研究ではさらに、心理生理学的相互作用（PPI）分析と動的因果モデル（DCM）分析を通じて、速読過程における視覚側頭葉ネットワーク内の異なる脳領域間の機能的連結と有効連結を探究しました。その中で、VOT（腹側後頭側頭皮質）をシード領域として選択し、速読トレーニング群と対照群における機能的連結を分析しました。
主な結果
行動結果
速読トレーニング群では、遅速読書、中速読書、高速読書の正確率はそれぞれ69.1%、60.9%、63.1%で、有意差はありませんでした。全体として、文章を迅速に提示する条件は、ゆっくり提示する条件と同程度の正確性を示しました。
全脳活性化結果
読書速度が増加すると、左STS（上側頭溝）、左中側頭回、左中後頭回、左前中心回などの領域の活性化が弱まりました。研究によると、読書速度の増加はより大きな認知負荷をもたらし、より高いレベルの空間処理が必要となりますが、これらの領域はより緩やかに活性化することが示されました。
パラメトリック調整分析
速度負の対比では、トレーニング群で左中後頭回と上側頭回が有意に活性化し、比較群では上側頭回と上後頭回が活性化しました。速度正の対比では、トレーニング群と比較群の活性化領域は比較的少なく、主に中後頭回が含まれていました。全体として、速読トレーニング群のVOT、STS、IOは、比較群と比べて、読書速度の増加時により顕著な抑制効果を示しました。
機能的連結分析
研究では、VOTをシード領域とした場合、異なる読書速度下での機能的連結に差異があることが分かりました。特に、左側後頭側頭ネットワークは高速読書条件下で機能的連結の減弱が最も顕著でした。トレーニング群では、VOTとSTSおよびIOの活性化パターンが、遅速対高速条件下でより強い連結変化を示し、速読トレーニングが連結パターンに顕著な影響を与えていることが示されました。
動的因果モデル分析
DCM分析は有効連結の調整状況を明らかにしました。速読トレーニング群では、ASTSからVOTへの抑制連結がより強く、IOからVOTへの増強連結がより顕著であることが分かりました。同時に、分析では速読トレーニング群において、ASTSからVOTへの信号の抑制活性化効果が比較群よりも大きく、IOからVOTへの増強効果は適度であることが示され、速読トレーニングにおける脳の視覚側頭葉ネットワークの連結調整作用が明らかになりました。
結論
本研究は、速読トレーニングが言語読書ネットワークにおける分布変化に及ぼす影響を明らかにし、脳活動の変化が速読トレーニングと関連していることを示しています：
- 読書実験において、参加者は主に視覚と読書に関連する脳領域を活性化させ、特定の速度の増加は左側後頭側頭ネットワークの脱活性化をもたらしました。
- 読書速度の増加は、左側後頭側頭経路におけるVOTおよび関連領域の機能的連結の弱化をもたらしました。
- IOを感覚入力として用いたDCM結果は、後頭側頭経路における有効連結を明らかにし、言語読書過程における機能的および有効連結を理解することの重要性を強調しました。
本研究は、速読トレーニングにおける脳機能変化のより精密なマッピングを提供し、脳の言語処理過程の理解を深めるのに役立ちます。