認知神経科学

認知神経科学は、知覚、記憶、注意、言語、意思決定といった精神過程が脳によってどのように生み出されるかを研究します。行動と認知のレベルを、ニューロン、回路、大規模な脳ネットワークのレベルと結びつけ、病変研究、神経画像、電気生理学、計算モデリングを用いて、物理的な脳活動がどのように心を生み出すかを問いかけます。

Definition

認知神経科学は、認知の根底にある神経メカニズムを学際的に研究する分野であり、心理学、神経生物学、計算および画像化手法を統合して、精神機能を特定可能な脳システムにおける活動と関連付けます。

Scope

この分野は、神経科学における参照分野としての認知神経科学について読者に説明します。その主要な問い、主要な方法、および子トピックで扱われる主要な認知領域（記憶システムと固定化、実行機能と前頭前野、言語と音声ネットワーク、報酬と意思決定、空間認知とナビゲーション）を紹介します。これは、個々のシステムを網羅的に説明するものではなく、この分野の簡潔な地図です。

Sub-topics

• Executive Function and Prefrontal Cortex
• Language and Speech Networks
• Memory Systems and Consolidation
• Reward and Decision-Making
• Spatial Cognition and Navigation

Core questions

• 特定の脳領域と分散ネットワークは、記憶、言語、意思決定などの異なる認知機能をどのようにサポートしているのか？
• 観察可能な脳活動から観察不可能な精神過程への推論を可能にする方法は何か、またその限界は何か？
• 正常な認知に関する知見は、神経学的および精神医学的障害の理解にどのように役立つのか？

Key concepts

• 機能局在と分散処理
• 大規模脳ネットワーク
• デフォルトモードネットワーク
• 病変-欠損推論
• 機能的神経画像（fMRI、PET）
• 電気生理学（EEG、MEG、単一ユニット記録）
• 構造-機能マッピング
• 神経画像における再現性と統計的推論

Mechanisms

認知神経科学は、いくつかのレベルで認知と脳を関連付けます。古典的な病変-欠損研究は、損傷後に生じる欠損から領域の機能を推測します。機能的MRIやPETなどの神経画像法は、タスク関連の領域活動の変化をマッピングします。EEG、MEG、単一ユニット記録などの電気生理学的手法は、より細かい時間スケールで神経ダイナミクスを捉えます。現代の中心的なテーマは、認知が孤立した領域からではなく、大規模で解剖学的に分散したネットワークにおける協調的な活動から生じるというものであり、その組織はグラフ理論的ツール（Bullmore & Sporns, 2009; Bressler & Menon, 2010）を用いて特徴づけることができます。例えば、デフォルトモードネットワークは、多くの外部タスク中よりも内部指向の思考中に活動が活発になる一連の領域です（Buckner et al., 2008）。

Clinical relevance

認知神経科学からの知見は、臨床医や研究者が脳卒中、外傷性脳損傷、認知症、精神疾患の認知的な影響をどのように理解し、認知テストが影響を受けた脳システムにどのようにマッピングされるかを理解するのに役立ちます。この項目は、認知が脳とどのように関連するかを記述する教育的な参照情報であり、個人の診断基準や治療ガイダンスを提供するものではありません。

Evidence & guidelines

ここで要約されている知見は、標準的な教科書（Gazzaniga et al., 2018）や現代のレビューで統合された、病変研究、神経画像、電気生理学からの収束的証拠に基づいています。この分野は、隣接する心理科学における大規模な再現性研究（Open Science Collaboration, 2015）に代表されるように、統計的検出力と再現性の問題にも積極的に取り組んできました。これらの方法論的議論は、関連する子トピックで言及されています。

History

認知神経科学のルーツは19世紀の臨床神経学にあり、ポール・ブローカとカール・ウェルニッケによる病変研究が言語を特定の皮質領域と結びつけました。この用語自体は、認知心理学と神経科学が収束した1970年代後半に造られました。1980年代から1990年代にかけての機能的神経画像の出現は、電気生理学と計算モデリングの発展とともに、この分野を、主に病変推論に基づいていたものから、健康な脳の働きを観察できるものへと変革し、さらに最近ではネットワークとコネクトミクス（connectomics）のフレームワークへと発展させました。

Key figures

• Michael Gazzaniga
• Brenda Milner
• Endel Tulving
• Marcus Raichle
• Stanislas Dehaene

Seminal works

• bullmore-sporns-2009
• buckner-2008
• bressler-menon-2010

Frequently asked questions

認知神経科学は認知心理学とどう違うのですか？

認知心理学は主に行動を通じて精神過程を特徴づけますが、認知神経科学はさらに、神経画像、電気生理学、病変研究を用いて、それらの過程が脳内でどのように実装されるかを問い、認知を神経システムに結びつけます。

脳画像研究だけで、ある領域が認知機能を「行っている」と証明できますか？

いいえ。画像は、ある領域の活動がタスクと相関することを示しますが、これは因果関係の主張には必要ですが十分ではありません。因果的役割を裏付けるためには、病変、刺激、電気生理学的研究からの収束的証拠が必要です。