脳波は意識の何を測ったのか——ベルガー、網様体とレム睡眠(1924〜1953年)

連載「意識の科学史」の第2回です。前回、心理学は本人の報告をめぐる食い違いに行き詰まり、1913年に「意識」という言葉を外そうとしました。今回は、本人に何も聞かずに意識を測ろうとした時代です。1924年、ドイツの精神科医ベルガーは、人の頭から脳の電気の揺れを記録し始めました。脳波です。やがて脳波は、起きているか、眠っているか、短いあいだ意識が途切れたかを、記録の上で見分けられるようにします。けれども、その人が何を見て、何を思い浮かべているかは、波には現れませんでした。そして新しく見つかった印の意味を確かめるには、結局、眠っている人を起こして尋ねる必要がありました。何が測れて、何が測れなかったのかを、原論文から確かめます。

「脳波で心が読める」という物語

脳波の歴史は、ふつうこう語られます。1929年、ベルガーが人の脳の電気を頭の外から記録し、脳波と名づけた。それ以来、私たちは脳の働きを外から見られるようになった。脳波は心をのぞく窓になった。

確かに脳波によって、起きているか眠っているかを、本人に聞かずに見分けられるようになりました。けれども、最初に見つかった大きな波がよく示していたのは、脳の一部が「何もしていない」ことでした。何を見ているか、何を思い浮かべているかは、波に出ませんでした。そして新しく見つかった印が何を意味するのかは、最後には本人の報告と突き合わせて決めるしかありませんでした。この記事は、ベルガーの迷いから、1953年に眠りの中の速い眼の動きが見つかるまでをたどります。

頭の外から脳の電気を記録する——ベルガー(1924〜1929年)

ハンス・ベルガーは、ドイツのイエナ大学の精神科医でした。18歳のとき、陸軍の演習中に命を落としかけたことがあります。ちょうど同じころ、遠く離れた家にいた姉が「弟が危ない」と言い出し、父親が電報で無事を確かめてきました。ベルガーはこれを、心が離れた場所に伝わった出来事だと信じました。心の働きにも、熱や電気のように測れる「エネルギー」があるはずだ。それを脳の中で突き止めたい。これが彼の研究の出発点になりました。脳の血の流れや温度も測りましたが、はっきりした答えは出ませんでした。

脳の電気の記録に取りかかったのは1910年です。使ったのは「弦検流計」という装置でした。ごく弱い電流が流れると、磁石のあいだに張った細い糸がわずかに動きます。その動きに光を当てて拡大し、写真の紙に焼きつけます。1924年7月6日、ベルガーは、手術で頭の骨に穴を開けた17歳の患者から、脳の表面の電気の揺れを記録しました。これがのちに、人で最初の脳波とされる記録です。その後、より感度の高い装置に替え、骨に穴のない人でも、頭皮の上から波をとらえられるようになりました。

それでもベルガーは長く迷いました。1928年の日記には、何年も無駄に働いた、脳波はあきらめよう、という言葉があります。ところが同じ年の9月28日には、見つけた、と書いています。1925年10月の記録には、写真に写った波の上に、ベルガーが白いインクで波を描き足したものが残っています。描かれた波は、のちの写真の記録よりずっと規則正しいものでした。見えたものだけでなく、見えるはずだと思ったものを描いていたのかもしれません。

1929年、ベルガーは論文「人の脳電図について」を発表し、この記録を「脳電図(Elektrenkephalogramm)」と名づけました。日本語ではふつう「脳波」と呼びます。大きくゆっくりした波を「アルファ波」、小さく速い波を「ベータ波」と呼び、目を開けるとアルファ波が消えることを報告しました。ベルガーはこの記録を「脳の鏡」と呼んでいます。ただ、論文は難しい文体で、生理学ではなく精神医学の専門誌に載りました。ベルリンの有力な研究所の人たちは、ベルガーを技術に疎い素人と見なし、アルファ波など存在しないと考える人もいました。ほかの研究者が確かめるまでに、5年かかります。

目を開けると消える波——エイドリアンとマシューズの追試(1934年)

1934年、イギリスのケンブリッジ大学で、神経の研究で1932年にノーベル賞を受けたエイドリアンと、技術者のマシューズが、ベルガーの実験を繰り返しました。二人は最初、疑っていたと書いています。結果は、ためらった時期のあと、波が脳から出ているとはっきり認めるものでした。二人はこれを「ベルガー・リズム」と呼びました。1秒に10回ほどの揺れで、後頭部、つまり目から入った情報を処理する場所の近くで最も大きくなりました。

二人は、何をすると波が消えるかを丁寧に調べました。明るい部屋で目を開けると消えます。真っ暗な部屋なら、しばらくすると目を開けたままでも現れます。ところが暗闇の中で何かを見ようとすると、また消えます。目を閉じたまま難しい暗算を出されると、解こうとしている間は消え、気が散るとすぐ戻ります。一方で、声に出して数を数える、覚えている詩を暗唱する、たわいない会話をする、といったことでは、ほとんど乱れませんでした。ペンチを力いっぱい握っても変わりません。

そして、形や図を思い浮かべても、波は変わりませんでした。前回、ティチェナーとヴュルツブルクの研究者たちは、考えるときに心に像があるかどうかで、正反対の報告をしました。脳波は、その問いに答えられなかったのです。しかも、目を閉じると波が出やすいのは「見ようとする注意」が外れるからだ、という二人の説明は、主に、二人のうち一人が自分で被験者になったときの内観に基づいていました。暗闇で目を開けたときの観察の一部は、自分の頭の波を拡声器で音にして聞きながら、いま見ようとしているかどうかの感じと照らし合わせたものです。

エイドリアンとマシューズの解釈はこうです。目からの情報を処理する脳の一角が、仕事のないときに、そろって同じ調子で鳴る。見る、注意を向けるといった仕事が入ると、足並みが乱れて波が消える。だからこの波は、脳の働きの「表」ではなく「裏」、つまり何もしていない場所の様子を示している。波の速さは、普通の人ではおよそ1秒に9.5〜10.5回で、人による違いがほとんどありませんでした(波の出やすさには大きな個人差がありました)。二人はこの一定さを「がっかりするほど」と書いています。何年も目が見えない3人の患者には、この波がまったく出ませんでした。

意識が途切れると、波の形が変わる——てんかんと眠り(1934〜1937年)

同じ1934年、アメリカのハーバード大学でも、デイヴィスの研究室が追試をしていました。最初は学生どうしの頭でうまくいかず、デイヴィス自身の頭に電極をつけたとたん、はっきりした波が出ました。研究室の人たちは、波がよく出る人と出ない人に、ほぼ半々に分かれたといいます。

この年の12月、ギブズ、デイヴィス、レノックスは、「小発作」と呼ばれたてんかんの患者2人の脳波を記録しました。この発作では、短いあいだ意識が途切れますが、体はほとんど動きません。そのあいだ、記録には1秒に3回ほど、とがった波と丸い波が組になって規則正しく繰り返す形が現れました。1935年、12人の子どもの記録をまとめた論文の題は「てんかんと、意識が損なわれた状態の脳波」です。意識が途切れた短い時間が、本人に何も聞かなくても、記録の形として見えるようになったのです。

眠りも測れるようになります。ニューヨーク郊外に私設の研究所を持っていた物理学者のルーミスらは、1935年から、眠っている人の脳波を長い時間にわたって記録しました。1秒に14回ほどの短い波の束(紡錘波)などを見つけ、脳波の形だけで眠りの深さを段階に分ける、最初の仕組みを作りました。眠っている人を起こさずに、眠りの深さが記録から読めるようになったのです。ここまでで脳波が示したのは、意識の「中身」ではなく、どれだけ目覚めているかという「水準」でした。

目覚めを保つ仕組み——ブレメールの切断から網様体へ(1935〜1949年)

では、目覚めの水準は脳のどこで決まっているのか。1935年、ベルギーのブレメールは、ネコの脳の付け根を2通りに切る実験をしました。脳と脊髄の境目で切ったネコは、脳波と目に、眠りと目覚めの、どちらの様子も現れました。ところが、もう少し上、中脳(脳幹の上のほう)の高さで切ると、ネコはずっと眠っているような状態になりました。耳や目や鼻からの通り道は、残っていたにもかかわらずです。脳の付け根の部分(脳幹)が、意識の水準に関わっていることが見えてきました。

1948年、イタリアのピサ大学のモルッツィが、シカゴのノースウェスタン大学のマグーンのもとに1年間やって来ます。二人が最初に調べようとしたのは、小脳が運動をつかさどる脳の表面にどう影響するか、という別の問題でした。12月の最初の実験で、脳幹のある部分を電気で刺激すると、運動の領域の脳波が平らになりました。実験ノートには「運動の領域の活動は完全に抑えられた」と書きました。ところがその日のうちに、ほかの場所の記録も取ってみて、その書き方は実際の姿をゆがめていたと気づきます。

刺激していたのは「網様体」でした。脳幹の芯にあり、神経の細胞と線維が網の目のように入り組んだ部分です。麻酔をかけずに準備したネコで確かめると、網様体を刺激したとき、大きくゆっくりした波が消えて、小さく速い波に置き換わりました。これは、眠っている動物が音や接触などの刺激で目を覚ますときの脳波の変化と、同じに見えました。1949年、新しく創刊された脳波の専門誌の第1巻に載った論文で、二人はこの変化が、既に知られていた感覚や運動の通り道を通らずに起きると報告しました。網様体から脳の上のほうへ向かう別の仕組みがあり、その穏やかで絶え間ない働きが、目覚めた状態を支えているのかもしれない、と二人はのちに振り返っています。

ここでも、測ったのはネコの脳波と振る舞いです。ネコは何も報告しません。「目覚めている」とは、脳波が小さく速くなり、動物が物音に反応することを指していました。

眠っているのに、目が速く動く——アセリンスキーとクライトマン(1953年)

シカゴ大学の睡眠研究者クライトマンのもとで、大学院生のアセリンスキーは、眠りに入るとき、まばたきが急に止まるのか、少しずつ止まるのかを調べるよう言われました。けれども、何をまばたきと数えるかを決められません。そこで調べる対象をまぶたと眼の動きに変え、一晩じゅう記録し続けることにしました。のちに本人は、半ばやけになっての方針だったと振り返っています。

眼球は、前と後ろでわずかに電気の差を持っています。そのため眼が動くと、まわりの皮膚の電気が変わります。これを記録したものを「眼球電図」といいます。アセリンスキーは片目の上下と左右に電極をつけました。同時に額からも記録を取り、二つの記録を見比べて、脳波や筋肉の電気と区別しました。さらに薄明かりの中で眠る人を直接観察し、2人は起こさずに映画にも撮っています。

健康な大人20人を調べると、眠りの途中で、左右の眼がそろって速く、ぴくぴくと動く時期が現れました。邪魔をせずに一晩眠ってもらった11人の記録では、最初に現れるのは、床についてから平均3時間14分後です。動きは出たり止まったりしながら、平均20分ほど続きました。2回目は、1回目の始まりから平均2時間16分後に現れ、長く眠ると3回目、まれに4回目もありました。この間の脳波は、小さく不規則な波でした。アセリンスキーはのちに、これを「起きているときの型の脳波」と呼んでいます。呼吸も、1分あたり平均13.4回から16.9回に速まっていました。

二人は、この時期に夢を見ているのではないかと考え、眠っている人を起こして尋ねました。10人で14回の実験です。眼が速く動いている最中に起こした27回のうち、20回で、たいてい目に見える場面を伴った詳しい夢が語られました。眼が静かなときに起こした23回のうち、19回は何も思い出せませんでした。静かなときに起こす時点は、脳波で眠りの深さがなるべく近くなるように選んでいます。論文は、眼の動き、脳波、呼吸がそろって起きることから、これらと「おそらく夢」が、眠りの中のある決まった脳の状態の表れだろうと結びました。そして、この方法で夢を見ている時期の回数と長さが分かる、と書いています。

アセリンスキーは同じ年の学会発表で、この眼の動きを英語の頭文字から「REM(レム)」と呼びました。この時期の眠りは、のちに「レム睡眠」と呼ばれるようになります。本人の回想によれば、この結果は、眠っている間は脳の表面が静まっているはずだという、パブロフや指導者クライトマン自身の考えとぶつかるものでした。

この時点で測れたこと、測れなかったこと

測れたのは、意識の水準です。起きているか、まどろんでいるか、深く眠っているか、短いあいだ意識が途切れたか。どれも、本人に何も聞かずに、記録の形から見分けられるようになりました。その水準を支える仕組みが脳幹の網様体にあることも、動物の実験から分かりました。眠りの中で夢を見ていそうな時期にも、眼の動きという外から見える印がつきました。

測れなかったのは、意識の中身です。形を思い浮かべてもアルファ波は変わらず、声に出して数を数えても乱れませんでした。目立つ波が示していたのは、主に脳の一角が何もしていないことでした。夢の中身は、起こして聞くほかに知る方法がありません。しかも、眼が速く動いていても27回のうち7回は詳しく思い出せず、静かなときでも23回のうち4回は夢を見た覚えを語っています。「レムの時期は夢の時期」という読み方そのものが、起こして聞いた答えと照らし合わせて決まったものでした。さらに、小さく細かい脳波は、モルッツィとマグーンのネコでは目覚めの印でしたが、アセリンスキーの被験者では、眠りの中の夢を見ていそうな時期に現れました。波の形だけでは、どちらの状態かを決められなかったのです。前回、行動主義は報告を脇に置きました。脳波は報告なしで測れる量を手に入れましたが、その量の意味を決めるために、報告は形を変えて戻ってきました。

次回は、一つの頭から二つの報告が返ってくる話です。てんかんの治療で左右の脳をつなぐ橋(脳梁)を切った患者で、右の脳と左の脳にそれぞれ尋ねると、答えが食い違いました。分離脳の研究(1940〜1981年)をたどります。