オランダの認知脳科学研究の創始者、フランシスカス・ドンダース(Franciscus Donders)の生誕200周年を記念し、ドンダース研究所では今年、さまざまな記念行事が開催されている。この節目にあたり、ラートバウト大学の言語心理学者アルディ・ロールフス(Ardi Roelofs)教授は、150年前にドンダースが「思考には時間がかかる」ことを実証した画期的な実験を再現した。使用したのは、ユトレヒト大学博物館のアーカイブに保管されていた当時の刺激リストの原本である。
「ようやく、仕事時間中にドンダースの歴史を調べていい理由ができました」と語るのは、ラートバウト大学で言語と注意の教授を務め、ドンダース研究所に所属するロールフスだ。脳・認知・行動を研究するナイメーヘンのこの研究所は、1818年にティルブルフに生まれた医師にして生理学者の人物の名を冠している。ドンダースは眼と眼疾患の研究で世界的な名声を得たが、同時に、当時まだ未開拓だった分野——認知脳科学——の創設者の一人でもあった。
神経伝導は光より速い? 常識を覆した実験
「当時は、神経伝導は光よりも速い、つまり測定不能だと考えられていました。思考の速さについても同じでした」とロールフスは説明する。「しかし、ドンダースの友人ヘルマン・フォン・ヘルムホルツが1850年、それが事実ではないことを示しました」。ドイツの物理学者ヘルムホルツはカエルの脚を切り取り、電気回路に組み込んだ。筋肉からの距離が異なる複数の位置で神経経路を刺激し、筋肉が収縮するまでの時間を観察したのである。その測定に基づき、彼は神経伝導速度を毎秒30メートルと推定した。
19世紀においても、実験目的で脚を切断することは倫理的に許されなかったため、フォン・ヘルムホルツは人間で同じ現象を調べるために方法を少し変えた。被験者の脚のさまざまな場所に電気刺激を与え、できるだけ速くボタンを押してもらったのだ。足は太ももより遠い位置にあるため、ここからも神経伝導速度を推定できた。「ところがフォン・ヘルムホルツは、被験者間で大きなばらつきを見つけました。彼はその原因を『厄介な脳』だと考えたのです」。ロールフスによれば、信号が脳を通過することに強い関心を持ったのがドンダースだった。彼は娘マリーらとともに実験を繰り返し、脳が測定を間接的なものにしていることに気づいた。そして彼は別の実験を考案した——その名前が2002年、ナイメーヘン研究所の外観ファサードに刻まれることになった実験である。
「思考には時間がかかる」——減算法の発明
この実験では、被験者はほぼ同一の3つの課題を行う。課題Aでは、誰かが「キ」と言い続け、被験者はそれをできるだけ速く復唱する。課題Bでは、やはり聞こえた音を復唱するが、今度は「カ」「ケ」「キ」「コ」「ク」のいずれかである。被験者の脳は、これらの音を互いに区別し、対応する構音プログラムを素早く選択しなければならない。課題Cでは、被験者はBと同じ音を聞くが、「キ」を聞いたときだけ復唱する。この場合、脳はすでに構音プログラムを選択できるが、音を正しく区別するために注意深く聞く必要がある。
ドンダースはそれぞれの反応時間を記録し、互いに差し引くことで、余分な「思考ステップ」にかかった時間を算出した。課題Aの反応時間を課題Cの反応時間から差し引くことで、音の区別には約36ミリ秒かかることがわかった。また、課題BとCの反応時間の差から、適切な構音プログラムの選択には約47ミリ秒かかることが明らかになった。「彼はたとえば、心的プロセスには時間がかかることを示したのです。驚くべき発見で、ドンダースはすぐにさまざまな言語で発表しました」とロールフスは言う。
ノエマタコグラフ——思考の速さを記録した装置
ドンダースの反応時間実験は非常に革新的だった。もちろん当時は高速コンピュータなど存在しない。では、どうやってそんな精密な測定が可能だったのか。「彼が使ったのはフォノートグラフ(phonautograph)です。フランス人のレオン・スコット・ド・マルタンヴィルが特許を取得した装置ですね」とロールフスは説明する。「これはいわば半分だけの蓄音機で、録音はできるが再生はできない。ラッパに向かって話しかけると膜が振動し、その膜についた小さな針が、円筒の上で回転する煤を塗った紙に波を描きます。後にエジソンは、煤紙を蝋に替えれば音を再生できるとも考えました」
ドンダースはラッパの口を少し広げさせ、隣り合って座る二人の声をきちんと記録できるようにした。さらに装置に音叉を取り付けた。純音の均一な波形が時間の目安として機能したのだ。こうして「ノエマタコグラフ(noematachograph=思考速度記録機)」が誕生した。
原本の刺激リストから見えた新事実
同じノエマタコグラフは現在、ユトレヒト大学博物館が所蔵しており、この記念の年に合わせてラートバウト大学医療センター(radboudumc)の解剖学博物館で展示された。ロールフスは調査の過程で、同博物館がドンダースゆかりの貴重な品々を他にも所蔵していることを突き止めた。「博物館には、ドンダースが直筆で書いた刺激リストがすべて残っています」。リストには、各課題で読み上げられた音節と、その結果までが記されている。「たとえば1865年8月21日月曜日の午後7時に、ドンダースが学生のハーマー(Hamer)とスターク(Stark)の二人とともに9つのリストを実施したことがわかりました。実験中は役割を交代していたのですが、公表されたのはドンダース自身の反応時間だけでした。当時はそれが普通だったのです」
歴史的な並行実験
ロールフスは学生たちの反応時間を分析することにし、注目すべき発見をした。ドンダース自身の場合、課題Bの反応時間は課題Cより明確に長かったのに、学生たちでは両者にほとんど、あるいはまったく差がなかったのだ。「ドンダースは論文の中で、課題Cでは人は苦労する、つまり反応が速すぎてミスをすると、すでに指摘しています」。しかしドンダースと同時代のヴィルヘルム・ヴント(Wilhelm Wundt)は別の問題点を見ていた。実験心理学の創始者であるヴントは、そこでは構音プログラムを選択する必要はないものの、「発話するかどうか」を選ぶ作業は依然残ると指摘した。これはいわゆる「go / no-go課題」であり、音の区別に加えて、その選択にも時間がかかるというわけだ。
この問題が決着しないままだったため、ロールフスは昨年の春、自ら検証に乗り出した。娘ステレ(Sterre)と一緒に——「美しい歴史的パラレルを作るために」。彼はドンダースのリストを活字化し、娘に読み上げてもらい、自分自身の反応時間を測定した。「9つのリストの平均を見ると、ドンダースと同じパターンが現れました。全体としては私の方が彼より少し遅かったのですがね。しかも課題BとCの差は、私の方が彼より小さい。私は『go / no-go』課題にもっと苦労しました」
もう一つの思考ステップ
続いてロールフスは、隣接するマックス・プランク研究所の同僚たちと過去25年かけて開発してきた言語産出の計算モデルを使い、この論争の的となっていた点を検証した。このモデルには、実験の遂行に必要なすべての段階——聴取、弁別、選択、構音——が組み込まれている。「そこからは古典的なドンダースのパターンが得られます。しかし『go / no-go』判断を組み込み、それに時間をかけさせると、今度はドンダースの学生たちのパターンがぴったり再現される。これは、余分な思考ステップに時間がかかるというヴントの考えを裏付ける追加の証拠です」。つまり、ドンダース自身が自分の実験で極めて優れた成績を収めていたということになる。
ドンダース研究所所長のピーター・ハゴールト(Peter Hagoort)にとって、研究所を認知脳研究の創始者の名にちなんで命名すべきことは、最初から明らかだった。研究所のサイトで彼はこう綴っている。「ドンダースは減算法でよく知られた名前です。現代の画像計測技術はこの方法に基づいています。私は世界中でニューロサイエンスと結びつく名前を望みました」。ドンダース研究者ロールフスによる追試によって、150年の物語はここで美しく円環を完成させたのである。