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脳のリズム

RHYTHMS OF THE BRAIN


「脳は予測装置であり、その予測能力は、絶え間なく生成しているさまざまなリズムから生じる。」2006年に刊行された原著は、それまで“ノイズ”にすぎないとされていた脳内リズム現象の見方を一変させ、すでに現代の古典となっている。本書はその待望の邦訳。
脳内のリズム現象は私たちの認知機能の中核を担っている。脳の中では振動子としてのニューロンが集団的に同期しつつ、f分の1揺らぎ、時間窓によるスイッチング、確率共振といった特性を利用しながら、思考や記憶などの複雑かつ統合された能力を創発するシンフォニーを奏でているのだ。本書は初歩から説き起こされているが、全体としては驚くほど包括的に書かれており、読み終わるころには振動ダイナミクスと認知機能の関連が具体的に見えてくる。
たとえば後半の第11章(Cycle 11)では、場所細胞のスパイクという細胞レベルの現象と、θサイクルというネットワークの振動現象によって、動物が周囲の空間を把握し、予測し、記憶しながら移動できる仕組み(空間ナビゲーション)を機械論的に説明しきっており、圧巻だ。
神経科学の最前線を長年走ってきた著者による一貫したビジョンに基づき、まさに脳の捉え方を変える、刺激的な一冊。


目次


はしがき

Cycle 1 はじめに
自然の中の周期的現象
時間と周期性
時間、予測、因果関係
自己組織化は脳の基本的な働きのひとつだ
創発、自己因果性、適応性
脳の賢さはどこから来るのだろう?
因果関係と演繹法
科学の用語と論理の方向
もっとトップダウンなアプローチ
ボトムアップアプローチと逆工学
「外から中へ」戦略と「中から外へ」戦略
本書が目指すもの
最善の戦略

Cycle 2 構造が機能を規定する
基本回路──複数の並列ループの階層
脳の回路網の大スケール組織
さまざまな大きさの脳のスケーリングの問題
スケールフリーなシステムはべき乗則に統御される
大脳皮質のテンセグリティー建築プラン
マウスの脳1000個は、ヒトの脳1個に匹敵するか?
新皮質の神経連結の複雑性
興奮性皮質ネットワーク──うんと単純化した見方
要約すると……

Cycle 3 皮質の機能の多様性は抑制によってもたらされる
抑制性ネットワークは非線形的な効果を生み出す
介在ニューロンが主ニューロンの計算能力を増加させる
大脳皮質介在ニューロンの多様性
分散型の時計としての介在ニューロン
大きくなっていく脳での介在ニューロン接続のスケーリング(サイズ変化への適応)
要約すると……

Cycle 4 脳の機能を覗き見る窓
EEG やLFP(局所電場電位)を記録する方法
深部電極や硬膜下グリッド電極による神経活動の記録
脳磁図法(MEG)
何がLFPを生じさせるか
  ニューロンは、スパイク(活動電位)を用いてコミュニケートする
  シナプス電位
  細胞外電流
機能的磁気共鳴イメージング法(fMRI)
陽電子放射断層撮影法(PET)
時空間分解能の改善──光学的方法
In vitroでの単一ニューロン記録法
単一ニューロンの細胞外記録法
テトロード(四極管)によるニューロンの三角測量
シリコン・プローブによる高密度記録法
  細胞外からうかがえるサインによるニューロンの単離と同定
  ニューロンのグループの識別
脳の信号の解析
同期振動のさまざまな形態
要約すると……

Cycle 5 リズムのシステム──単純なダイナミクスから複雑なダイナミクスへ
脳の振動子はいくつ?
超日リズムと概日リズム
EEG における1/fゆらぎのある統計的挙動
ヴェーバーの心理物理学的法則と脳の大規模なダイナミクス
EEGのフラクタルな特性
ノイズとリズムのスケールフリー・ダイナミクス──複雑性から予測へ
ノイズと自発的な脳活動
要約すると……

Cycle 6 振動による同期化
振動子とは何か?
共振
単一ニューロンでの振動と共振
ニューロンの集団的な挙動は、同期によって確立される
同期性の外的な源と内的な源
確率共振
同期によるセルアセンブリの出現
統合、分離、同期──均衡は存在するか?
振動の同期は、エネルギー面から見て安くつく
振動ネットワークのルールとは?
要約すると……

Cycle 7 脳のデフォルト状態──休息中、睡眠中の自己組織化された振動
視床──新皮質のパートナー
視床‐皮質振動への単一ニューロンの貢献
単一ニューロンからネットワーク振動へ
睡眠時の振動パターン
  睡眠紡錘波
  徐波1
  δ波の源
  睡眠サイクルの下降相と上昇相
環境からの部分的解放──α波のファミリー
α波の起源
要約すると……

Cycle 8 経験がデフォルトパターンをかき乱す
休息と睡眠の自己組織化された振動に行動が与える影響
自己組織化されたパターンを目覚めているときの経験がかき乱す
脳のリズムの長期的トレーニング
  瞑想に誘発されるα波
  感覚フィードバックによるα波の増強
  脳波の利用
  感覚入力の減少と振動
体の中の脳──第一の皮質リズムの発生並びにそれをかき乱すもの
要約すると……

Cycle 9 γのざわめき──目覚めている脳における振動による結びつけ
ボトムアップの結合による結びつけ問題
分散的で平等主義的な脳における、時間による結びつけ
ヒトの皮質のγ振動
どうしてγ波なのか?
γ振動は速やかな抑制に依存する
離れたγ振動子のカップリング
同期は外的な振動によってもたらされることも、内的に生じることもある
γ振動が表現すること──昆虫からの洞察
要約すると……

Cycle 10 知覚と行為は脳の状態に依存する
脳の活動を平均化する
ニューロンはお気に入りの皮質状態において、最もうまく発火する
行動パフォーマンスは脳の状態に影響される
要約すると……

Cycle 11 「もうひとつの皮質」での振動──現実と記憶の空間を航行する
不等皮質は脳で最も古い部位と最も新しい部位とに挟まれている
海馬は巨大な皮質モジュールだ
海馬は新皮質の図書館司書だ
オートアソシエータにおける検索戦略
動物実験で、いかにして顕在記憶のメカニズムを研究するか?
2 次元スペースでの航行
海馬と嗅内皮質の場所細胞と地図
海馬による推測航法──地図は運動を通してつくられる
θ──物理的空間並びに神経空間での航行のリズム
  θ波の生成
  θ波電流の生成
場所細胞の発火は、θ波の位相で決まる
θ波に基づいてセルアセンブリが順序づけられ、それがアイテムの順序を表象する
  θ波の位相歳差のメカニズム
  CA1セルアセンブリとCA3 セルアセンブリの相互補完的な役割
空間時間的コンテキストの生理学的表象方法
現実の空間並びに記憶空間での航行
  エピソード記憶と1次元移動の関係
  意味記憶と空間地図の関係
要約すると……

Cycle 12 振動によるシステムのカップリング
海馬‐新皮質回路のθ振動によるカップリング
非θ状態での海馬‐新皮質間の対話
  海馬の振動パターンは新皮質の状態を反映する
  「オフライン」状態の海馬の振動パターン
  自己組織化された海馬パターンの経験による改変
  新皮質と海馬の一時的なカップリングが情報移動をサポートしているのかもしれない
多重化された振動による表象の多重化
振動のカップリングのさらなる機会
要約すると……

Cycle 13 一筋縄ではいかない問題
振動のない脳?
意識──定義なき機能
感じないネットワーク
  小脳の回路プラン
  大脳基底核の回路プラン
持続的な活動には再生型(regenerative)フィードバックが必要だ
持続的な神経活動を示し、大きなニューロンプールをかかわらせる構造物だけが意識を支える

参考文献
監訳者あとがき
索引


著訳者略歴

ジェルジ・ブザーキ
György Buzáki

ニューヨーク大学神経科学研究所ビッグス教授。1949年、ハンガリー生まれ。1974年、ペーチ大学にてM. D.取得。1984年、ブダペスト科学アカデミーのPh. D.(神経科学)を取得。 ...続きを読む »

※ここに掲載する略歴は本書刊行時のものです。
渡部喬光
わたなべ・たかみつ

理化学研究所・脳神経科学研究センター副チームリーダー。東京大学医学部医学科卒業。臨床研修を経て、同大学院医学系研究科修了。ユニバーシティー・カレッジ・ロンドンでの研究活動を経て、現職。 ...続きを読む »

※ここに掲載する略歴は本書刊行時のものです。
谷垣暁美
たにがき・あけみ

翻訳者。 ...続きを読む »

※ここに掲載する略歴は本書刊行時のものです。

この本の関連書


「脳のリズム」の画像:

脳のリズム

「脳のリズム」の書籍情報:

A5判 タテ210mm×ヨコ148mm/496頁
定価 5,616円(本体5,200円)
ISBN 978-4-622-08791-5 C1047
2019年4月16日発行

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