アルファ波の揺れが目に見えた

本研究では、本来揺れていないはずの物体が、1秒間に10回程度揺れて感じられるジター錯視と呼ばれる現象に着目し、被験者が感じるジター錯視のリズムの個人差が、アルファ波のリズムの個人差を反映することを確かめました。つまり、アルファ波のリズムが速い人はジター錯視も速く、遅い人は遅く見えるということが分かったのです。また、アルファ波の周波数は個人内でもわずかにゆらぎますが、このゆらぎに応じてジター錯視の見え方も変化することが分かりました。

さらに、人体に害のない微弱な電気刺激（経頭蓋電気刺激）を被験者の後頭部に与えることで、アルファ波が持つリズムの速さを人工的に変化させる技術を開発し、実際にリズムが速くなったり遅くなったりすることを世界で初めて観測しました。

脳に交流電気刺激を与える従来の手法では、電気刺激そのものがノイズとなって、電気刺激を与えている時の脳活動を脳磁図（MEG）などの脳機能計測法で観測することが困難でした。本研究で開発した変調技術の優れた点は、電気刺激を従来の手法とは異なる特殊な波形にすることで、電気刺激のノイズを伴わずに特定の脳活動を観測できるところです（補足資料1．参照）。この技術を用いてアルファ波のリズムを速くしたり遅くしたりしたところ、被験者が感じるジター錯視の揺れも同様に変化しました。この結果から、アルファ波の持つリズムがジター錯視の知覚に寄与していることが実証されました。さらに、本研究結果から、脳の別々の場所で処理された形や動きなどの情報を統合するタイミングをアルファ波が決めていることが示唆されました（補足資料2．参照）。

今後、アルファ波の周波数と対応する認知機能が明らかになれば、本研究で開発したアルファ波変調技術を用いることで、これらの認知機能のパフォーマンスを人工的に向上できるようになる可能性があります。

本研究で開発した、電気刺激を用いたアルファ波変調技術の概略図を図1に示します。我々は、実験の始めに、被験者が持つアルファ波の固有の周波数（PAF: Peak Alpha Frequency）を測定しました。その周波数よりも1 Hz速い、あるいは遅い周波数（ターゲット周波数）へ、アルファ波を変化させるために電気刺激を与えました。ここで、PAF±1 Hzの交流電流をそのまま与えてしまうと、電気刺激によって大きなノイズが生じるため、アルファ波の脳活動を測ることができなくなってしまいます。そこで我々は、図1の中央図に示すような高周波数（200 Hz）の振幅をターゲット周波数で変化させました（刺激波形の赤色の部分）（AM変調）。この波形で出力された電気刺激は、高い周波数（200 Hz付近）の帯域にしかノイズを発生させないので、アルファ波帯域の脳活動には、電流ノイズが載らないというメリットがあります。この電気刺激を流している時の脳内では、被験者固有のアルファ波のリズムが、電気刺激の赤色の峰の部分が持つリズムに誘導され、結果として、被験者のアルファ波のリズムも変化することになります。この手法を用いることで、電流を被験者の頭部に流した状態での脳波計測が可能になり、アルファ波のリズムが変化する様子を直接観察することができます。

本研究によって示唆された、アルファ波の機能的役割を図2に示します。ヒトの脳内には、視覚情報を処理する経路として、物体の運動などの情報処理に特化した背側視覚経路と、物体の形状などの情報処理に特化した腹側視覚経路が存在します。本研究においてジター錯視を知覚する時の脳活動を観測した結果、この背側視覚経路に属する下頭頂小葉（IPL）と腹側視覚経路に属する下側頭回（IT）の間でアルファ波帯域のコヒーレンスが増大すること、つまりこれらの領域間での同期性が増大することが明らかになりました。これは二つの経路で行われる情報処理が、アルファ波のリズムで同期して処理されることを意味します。背側視覚経路と腹側視覚経路は相互に連絡していることが知られているので、アルファ波は、異なる視覚経路が情報のやり取りを行う際、そのタイミングを決定する、ある種のペースメーカーとして機能している可能性が考えられます。