認知マップ：驚くべき脳の複雑性

The Cognitive Map: An Incredible Display of the Brain’s Complexity

認知マップ：驚くべき脳の複雑性

by Jonathan K. Corrado, Ph.D., P. E. | Jun. 8, 2023

To be spatially capable creatures, humans need their brains to tell them 1) where things are in relation to themselves and 2) where everything is in relation to everything else—the so-called allocentric map of space. To navigate an environment, the brain seems to generate a mental representation of its surroundings. This is often called a cognitive map.1
　人間は空間的な能力を持つ生き物であるため、1)物事が自分との関係でどこにあるのか、2)物事が他のものとの関係でどこにあるのかを脳に教えてもらう必要があります（いわゆる空間のアロセントリック（他者中心的）マップ）。環境をナビゲートするために、脳は周囲の環境についての精神的表現を生成しているようです。これは、しばしば認知マップと呼ばれます。

In 1971, neuroscientists John O'Keefe and Jonathan Dostrovsky found the first evidence for this map in the brain.2 They monitored neural activity in rats wandering around in their environments. The researchers noticed that every time a rat entered a particular region, a neuron would fire rapidly in a section of the rat’s hippocampus. This is the component of the brain that consolidates information from short-term memory to long-term memory and plays an important role in spatial memory to enable navigation. When the rat moved a bit farther, a different neuron fired, and so on.
　1971年、神経科学者のJohn O'KeefeとJonathan Dostrovskyの両氏は、脳内にこのマップがあることを示す最初の証拠を発見しました。環境内を徘徊するラットの神経活動を監視したのです。研究チームは、ラットが特定の領域に入るたびに、ラットの海馬の一部で神経細胞が急速に発火することに気づきました。短期記憶から長期記憶へ情報を定着させる脳の構成要素で、ナビゲーションを可能にする空間記憶に重要な役割を果たします。ラットが少し遠くに移動すると、別の神経細胞が発火する、といった具合です。

O'Keefe and Dostrovsky had discovered place cells,2 and some have argued that these cells represent our internal map.3 In a given environment, specific place cells correspond to specific locations, and those neurons in a rat remain fixed on those locations until the rat goes to a new area. Then the place cells remap to the new space.2 But how do these cells know where the rat is?
　O'Keefe氏とDostrovsky氏は場所細胞を発見しており、この細胞が私たちの内部地図を表していると主張する人もいます。ある環境では、特定の場所に特定の場所細胞が対応し、ラットのその神経細胞は、ラットが新しい場所に行くまで、その場所に固定されたままです。その後、場所細胞は新しいスペースに再マップされます。しかし、この細胞はどうやってラットの居場所を知るのでしょうか？

In 2005, researchers discovered another group of neurons that behave like place cells.4 These neurons are located in the entorhinal cortex, an area of the brain next to the hippocampus. Among other functions, the entorhinal cortex operates as a network hub for memory, navigation, and time perception.5
　2005年、研究者は場所細胞のような働きをする別のニューロン群を発見しました。この神経細胞は、海馬に隣接する脳の領域である「嗅内皮質」に存在します。その他の機能として、嗅内皮質は、記憶、ナビゲーション、時間知覚のネットワークハブとして動作しています。

The neurons fire when an experimental rat passes through a particular location in its physical environment. However, that same neuron will also fire when the rat enters any number of other locations at equal distances from each other—locations that together form a hexagonal grid spanning the current environment.6 These are the grid cells, and they appear to tile whatever space one currently occupies into grids of multiple different orientations and scales. Although each new space is tiled differently, individual grid cells represent a fixed scale. They are like a rigid ruler, providing something like metric information with different resolutions.4
　実験用ラットが物理的環境の特定の場所を通過するときに、ニューロンが発火します。しかし、同じ神経細胞は、ラットが互いに等距離にある他の場所、つまり現在の環境に広がる六角形のグリッドを形成する場所に入ったときにも発火します。これはグリッドセルと呼ばれるもので、今いる空間を複数の異なる方向とスケールのグリッドにタイル状に並べて表示します。新しい空間はそれぞれ異なるタイルが貼られていますが、個々のグリッドセルは一定のスケールを表現しています。グリッドは硬い定規のようなもので、異なる解像度でメトリック情報のような情報を提供します。

Imagine how this plays out in a person’s head. As he walks across a large room, a given neuron in the entorhinal cortex fires after every three meters. A different neuron fires more often—approximately every meter—while another is clocking his progress every 10 meters, and so on. Any location in the space elicits a unique pattern of firing grid cells, which in turn leads to the firing of a unique place cell. This combination of cells, firing sequence, and location forms a cognitive map in the person’s head, allowing him to interpret his surroundings in order to move across the room. The integration of grid cells and place cells seems to be a key part of the machinery behind someone’s sense of their surrounding space.
　これが、人の頭の中でどのように展開されるかを想像してみましょう。広い部屋を横切るとき、嗅内皮質のある神経細胞は3メートルおきに発火します。また、別のニューロンでは1メートルごとに発火し、別のニューロンでは10メートルごとに経過を記録する、といった具合です。空間内のどの場所でも、グリッドセルが発火し、それがユニークな場所細胞の発火につながるという、ユニークなパターンが発生します。この細胞、発火順序、位置の組み合わせが、人の頭の中で認知マップを形成し、部屋を移動するために周囲の環境を解釈することを可能にするのです。グリッドセルと場所細胞の統合は、人が周囲の空間を感じるための重要な仕組みのようです。

Scientists have only scratched the surface of brain functionality. But given the complexity of the cognitive map—and other examples beyond the scope of this article—it’s easy to infer that our physical existence resulted from incredible design rather than inadvertent or evolutionary causes. As science advances and unravels the mysteries of the brain, scientists continue to discover how incredibly complex yet tailored physical life is for habitation on Earth.
　科学者たちは、脳の機能をほんの少ししか解明していないのです。しかし、認知マップの複雑さや、本稿で紹介しきれない他の例を考えると、私たちの物理的な存在は、不慮の事故や進化的な原因ではなく、驚くべき設計によってもたらされたと容易に推測できます。科学が進歩し、脳の謎が解き明かされるにつれ、地球上の生物がいかに複雑でありながら、その生命を維持するために必要なものであるかということが分かってきたのです。

As Romans 11:33 declares, “Oh, the depth of the riches both of the wisdom and knowledge of God! How unsearchable are His judgments and His ways past finding out!”
　ローマ人への手紙11章33節に次のように書かれています：
「ああ、神の知恵と知識との富は、何と底知れず深いことでしょう。そのさばきは、何と知り尽くしがたく、その道は、何と測り知りがたいことでしょう。」
 
ICR
https://www.icr.org/articles/type/9