ライターの火打ちをしたところを想像してみてください。炎が見えなければ、自然と二度目を試すでしょう。二度目でも火花が出なければ、火がつくまで同じ動作を何度も繰り返します。やがて炎が見えれば、ライターが機能することがわかります。では、火がつかなかったらどうでしょうか。いつまでライターを擦り続ければ、あきらめる決心がつくのでしょうか。
私たちの日常生活は、このような意思決定のジレンマと不確実性に満ちています。最も些細な決断――このライターをもう一度擦るべきか――から、人生を左右する選択――この関係を終わらせるべきか――まで、私たちは絶えず選択肢の中から選ばなければなりません。慣れ親しんだことを続けることもできますし、試したことのない選択肢に賭けることもできます。それが、思いがけず、はるかに価値のあるものになるかもしれません。
リスクを積極的に取る傾向が生まれつき強い人もいれば、慣れ親しんだものを大切にしたい人もいます。しかし、水、食料、お金といった資源を最も効率よく得る方法を見つけるうえで、好奇心を持ち探索的であることは、人間にも動物にも根本的に重要です。私はオフィスの窓から、ポルトガルの偉大な海洋発見の象徴である「ベレンの塔」を眺めながら、人々を未知の世界へと駆り立てるものは何か、そして新しいことを試すかどうかを損得勘定するとき、脳の中では何が起きているのかと、よく考えます。これらの問いに答えるため、ザカリー・マイネン博士と神経科学者のチームとともに、意思決定の際に脳が不確実性にどう対処するのかを研究しています。
意思決定から行動へ
私たちの行う決定は日常生活に大きな影響を与えるものの、どのように熟考し、決断を下すのかという過程は複雑で、私たちが部分的にしか理解していません。このテーマは、主に行動学的および理論的な観点から研究されてきました（Cisek and Kalaska, 2010）。また、神経科学者たちは、ジレンマの解決や行動の決定に寄与する複数の脳領域を明らかにし始めています（Gold and Shadlen, 2007）。しかし、意思決定から行動へと至る複雑な道筋を理解するには、まだ程遠い状況です。どんなに些細な決定でも、多くの脳領域や、多数の細胞間の協調的な相互作用が関わっているからです（Montague, 2008）。
ライターの例で考えてみましょう。もう一度火打ちを続けるべきか判断するには、まず情報を集める必要があります。炎があるかないか、ということです。これにより、視覚や触覚などの感覚情報を処理する脳の領域が活性化します。そして、炎が見えれば満足し、見えなければ驚くかもしれません。これは、そのような感覚情報が報酬系に伝えられるためです。次に、報酬回路が分子「ドーパミン」を放出し、次の行動の選択を動機づける役割を果たします（Dayan and Niv, 2008）。
では、次に何をすべきでしょうか。炎が見えていれば、ボタンを押し続けて火を保てばよいでしょう。しかし、炎がない場合には、ホイールを回す指の動きが十分だったのか、あるいはライターのガスが切れたのかと、疑問を抱くかもしれません。判断力や問題解決などの認知機能を司ると考えられている大脳前頭部は、こうした不確実性を考慮するのに役立つかもしれません。ライターにまだガスが残っていると思えば、もう一度火打ちをするでしょう。このように自発的な行動を選択する役割を担っているのも、やはり前頭皮質です（Miller, 2000）。
最後に、ライターを擦り続ける時間をどれだけ費やすつもりかを決めなければなりません。それは、ほかにもう一つライターを持っているかどうかによって決まる可能性が高いでしょう。どれだけ頑固でいられるかは、忍耐力と関係があるとされる神経修飾物質であるセロトニンによって調節されているかもしれません（Fonseca et al., 2015）、また不確実な報酬に直面しても粘り強く続けられるかどうかにも（Lottem et al. 2018）関わっています。
神経のパズルを組み立てる
リスボンのカンパリマウド未知センターでは、ライターを擦る体験を再現する簡単な実験課題を開発しました。ここでは、マウスが自然に水を探し求めますが、水滴はまばらにしか与えられず、時には無作為に水源が枯渇します。これは、ガスの残量が突然少なくなるまで、炎を不安定に出す気まぐれなライターのようなものです。
実験では、この課題中のマウスの行動を注意深く観察し、水を探し続ける粘り強さや、ほかの場所を探索するためにあきらめるタイミングを理解しようとしています。計算モデルを用いることで、この意思決定プロセスの主な側面を説明できます。このモデルを開発した同僚のピエトロ・ヴェルテキ氏は次のように述べています。
困難な意思決定プロセス（例：「何回失敗したら、あきらめて戦略を変えるべきか？」）を、自然な環境（食料や水の採集）に置き換えることで、マウスと人間の認知を並行して研究できます。自然な場面と同様に、動物は非常に多くの異なる刺激（箱の色から実験者の匂い、水の味まで）を受けますが、そのほとんどは課題の解決とは無関係です。数理モデリングによって、対象が追跡すべき重要な変数（連続して失敗した回数など）が明らかになります。そのうえで、どの脳領域がその情報をどのように符号化しているのかを検証できます。
したがって、意思決定の神経のパズルを一つずつ組み立てるために、マウスの脳内でこうした相互作用の仕組みを探しています。神経系のさまざまな領域の活動を精査し、意思決定者としての役割を明らかにするために、最先端の技術を用いています。たとえば、最近開発された「ファイバーフォトメトリー」という技術により、マウスが水の報酬を取る間に、ドーパミン放出のような報酬系の非常に微弱な信号を検出できるようになります。
同様に、複数の前頭領域にわたるニューロン同士の会話を聞き取るために、動物が課題を遂行している間、数百のニューロンの電気活動を同時に記録する新しい技術を用いています。このアプローチは、細かな時空間分解能を持つため、意思決定が形成される間に情報が脳内でどのように伝わるかを追跡する可能性を秘めています。最後に、光に反応するタンパク質である「オプシン」を利用した遺伝子でコード化された光スイッチを使い、光の点滅によって神経活動を遠隔制御します。この強力なツールにより、セロトニンを放出するニューロンのような特定の細胞群を直接制御し、行動への影響を調べることができます。これにより、なぜ一部の動物はためらうのに、ほかの動物はすぐに行動に移るのかが分かるかもしれません。
研究室を超えて
私たちの選択を支配する神経メカニズムをより深く理解できれば、リスクがあるにもかかわらず、人がなぜ何かを続けようとするのかが明らかになる可能性があります。そうした傾向は、依存症やその他の強迫性障害に関連する認知機能障害につながりかねません。そのため、行動の適応を制御する神経プロセスを理解することは、社会に計り知れない影響をもたらす可能性があります。
一方で、逆境に直面しても粘り強さを欠くことは、うつ病の特徴の一つです。興味深いことに、セロトニンは抗うつ薬の主要な標的であるにもかかわらず、その正確な機能はいまだに謎に包まれています。この分子が意思決定や自発的行動の調節において果たす仕組み上の役割を検証することで、この分子の新たな基本的役割を明らかにし、革新的な治療戦略につながる可能性があると期待しています。
私たちの研究は全体像からはほど遠いものの、神経科学の最大の謎の一つを解き明かすために、一歩一歩道を切り拓いています。自発的な行動や意思決定について得られつつある科学的な答えは、「自由意志」の問題といった哲学的議論にも貢献するかもしれません（Rigato et al, 2014）：決定を下すのは誰なのか。あなたの脳なのか。
