脳細胞は揺らいでいる 推敲 ２

ちなみに以上の説明をするうえで非常に参考になるのが池谷裕二氏の著作である。彼の数多くの著作の中でも「「ゆらぐ脳」（文芸春秋、2008年、ジャーナリスト木村俊介氏との対談）はまさにこのテーマのためのものと言ってもいい。

池谷先生は弱冠34歳でかの有名な「サイエンス」に論文の掲載を果たした最前線の脳科学者である。特に海馬に関する研究は高く評価されている。しかし何と言っても本書で彼について論じたいのは、彼はまさに私が「揺らぎスト」と呼びたい脳科学者だからだ。そして池谷先生の揺らぎストぶりは半端ない。彼は脳を揺らぎの観点から捉えている脳科学者である。彼は脳の活動の本質は、サイエンスの再現性ではとらえられない揺らぎであるという。この言葉は深淵である。

では脳細胞はアイドリング状態で何をやっているのだろうか。それは脳細胞が、そうすることで常に自分自身を書き換えているということなのである。これを脳細胞の「活動依存性」という。すなわち自分の活動により自分自身を変える作業を行っているのだ。

この説明のために脳細胞のつながりの仕組みを少し説明しよう。脳細胞はきわめて多くが集まり、それぞれがネットワークを形成している。そしてそのネットワークは可塑的、すなわちその結びつきが太くなったり細くなったりする。例えば上の図であれば、最初は特にお互いの結びつきの間に差はなかった神経細胞のネットワーク (左) が、経験を通じていくつかの特別な結びつきを形成していく(右) 。この神経細胞の結びつきはシナプス、と呼ばれているが、自分自身を変える、とは具体的にはシナプスの重みを強くしたり弱くしたりしているのだ。各神経細胞は他の沢山の神経細胞と手をつないでいるわけであるが、シナプスとは別の細胞との信号の伝達の連絡路である。シナプスが増えれば連絡しやすくなり、それが減少すればしにくくなるわけである。

この活動依存性というのをたとえ話で説明しよう。子供が元気にはしゃぎまわる。そして知らぬ間に筋肉を動かし、視覚、聴覚活動を行う。するとたとえば筋肉はそれにより使った分だけタンパク質を合成することで筋繊維が太くなっていくし、聴覚的な情報が蓄積されていく。これらが「活動依存的」な例としてわかりやすいだろう。逆に老人が起き上がれなくなり、筋肉を使わなくなると、自然と筋繊維は痩せていくことになる。使わなければそのまま、というわけにはいかない。使わないという意味でのマイナスの活動が、やはり筋繊維の太さに影響してくる。

神経細胞はほっておいても自発的に信号を生み出しているが、それにより他の神経細胞との連絡を行い、それにより連絡路のシナプスの強度を強めたり弱めたりする。神経細胞には、別の神経細胞と同時に興奮した時にはその細胞との間のシナプスを強くするという働き(いわゆるHebb 則)というのがある一方では、使わないシナプスはだんだん痩せていく運命にある。寝たきり老人と同じだ。こうして神経細胞はほっておいても活動を続けるわけだ。

脳細胞は揺らいでいる 推敲 １

脳細胞は揺らいでいる

この第2部では、モノの揺らぎの問題から心の揺らぎの問題へと至る中間地点の、脳細胞の揺らぎの話だ。その中でもまず、脳細胞自体の揺らぎについて考える。

無生物の揺らぎから生物の揺らぎへと視点をうつした時に持った疑問を思い出していただこう。ブラウン運動に見られるように、水の中で細かに揺らぐ墨汁の細かい粒子は無生物だ。しかし細胞の中で揺らぐタンパク質は無生物だろうか?　どうやらそうとも言えないようだ。そう、細胞とは物質と生物の間に位置すると言っていいのだ。（○○章の、「ICEMS」の話を参照。）

それと同様のことが生物と心との関連を考える際にも言える。その場合両者をつなぐ役割を持つのはおそらく神経細胞だろう。神経細胞が一つあってもまだ心を形成するとは言えない。でも数百集まった場合には心は宿っていないのだろうか?　カエノラブディティス・エレガンスという線虫は1000個程度の体細胞のうち、302個が神経細胞であるという。方や1000億の神経細胞を持つ私達とは比べようもないものの、そのあたかも目的を持ったような動き、刺激に対する回避傾向などは、心っぽいものを感じさせなくもない。方や心筋細胞などは、それが何億集まって心臓を形成したとしても心を宿すことはない。ということは神経細胞は生命体と心の中間に位置するものと考えても不思議はないだろう。

そこで脳の神経細胞は、何もしていないように見える時でも、自発活動を行っている。それにエネルギーの7，8割を使っているという。たとえるならば神経細胞は一つ一つがエンジンのようなものだとすると、それらはすべてアイドリングの状態で動き続けているのだ。ギアが入ると、活動的に発火し、他の神経細胞との信号のやり取りをするが、そうしない時でも「エンジンはかかって」いる。だから神経細胞に極小の電極を差したならば、常にそこから電気信号が拾えることになる。ただし大きな信号ではなく、まるでノイズのように低く、小さく活動をしている。そう、これは○○章で示したように、最初は単なる「雑音」として扱われていたのだ。しかし研究が進むにつれて、それは全くのデタラメではなく、一定のパターンを持っているかのようだ。つまりこれも「揺らぎ」である。これが「揺らぎ」なのは、脳神経細胞は、こうすることで死と爆発の間をさまよっているというわけだ。死、とは脳波がフラットになり、神経細胞からは何も動きが見られない状態であり、爆発とはそれが大音量で、周りの細胞を巻き込んでその活動をマックスにした状態で、それは癲癇大発作に見られる。そのどちらにも偏ることなく神経細胞はその両極端のあいだをフラフラ揺らぎつつ、本来の活動である「時々発火する」をする準備状態を常に整えているという事だ。

カオス 推敲 ３

「カオス」と揺らぎ、予想不能性

　以上「カオス」についてごく簡単な紹介をしたが、おそらく私がこの「カオス」に対して感じる面白さを伝えることは難しいだろう。と言うよりは私もどうしてこのカオスにこれほどまでに心を動かされるかが今ひとつピンと来ていない。そこでここでは揺らぎのテーマと「カオス」について確認しておきたい。

ひとことで言えば揺らぎはカオスの一つの表現であるということだ。

たとえば次の数式を見ていただこう。

19,864.09　20,812.24　20,663.22　20,940.51　21,008.65　21,349.63　21,891.12　21,948.10　22,405.09　23,377.24　・・・

やたら小数点以下が多いが、先ほど見た「定常状態にならない」「繰り返さない」システムという定義で見たような「カオス」的な動きを見せている。そしてこの数字は2019年の一月からのダウ平均株価の月ごとの値だ。

揺らぎの典型例として、株価の上下運動を挙げたことを思い出そう。そしてその株価の値は「カオス」的な動きを見せるのである。恐らくダウ式平均株価という値が用いられる限りは、その数字の列に一定の法則が見いだされることはありえない。この様に見た場合は、冪乗則におけるファットテールの部分がそうであったように、揺らぎは「カオス」なのである。ただし「カオス」は揺らぎかと言うとそうではないかもしれない。「カオス」はべき乗則に従うか、と言えばそうでもない。例えば一定常状態に至ることのない「カオス」的な数列を並べてみても、揺らぎとしての雰囲気を全く示さないかもしれない。全く規則性の感じられないギザギザで、私たちの体験とは全く相いれないかもしれない。

揺らぎとは自然のある種の在り方であり、概ね予想が付き、時々不規則な動きを示すという性質を有する。ところが「カオス」は人工的で仮想的なものをいくらでも作り上げることが出来る。そこが違いと言えるのではないだろうか。

カオス 推敲 ２

  さて以上は二つの天体の間に見られる比較的安定した動きについてであったが、これが三つの天体になると、途端に「カオス」が始まる。つまりその動きはたちまち予測不可能で、繰り返しのパターンを作らなくなってしまうのだ。と言っても三つの天体が等距離で静止しているという奇跡的な状態であれば、あるいはそれらの重心を中心に全体が回転しているのであれば「カオス」は起きないのだろう。しかしそこにひとたび外力が加わると、そこでの動きはけっしてくりかえしをおこさない。つまりある場面での3つの天体の状態と全く同じ状態(それぞれの天体の間の距離、速度、運動の方向も含めて)には決してならないという事だ。
  もしある時点Xからある時間がたって Y という時点でまったく同じシーンが現れたとする。するとそれ以降はそれらの天体の動きをことごとく言い当てることが出来る。なぜなら X から Y までの動きを未来永劫繰り返すことになるからだ。ところがそれが起きない。これが「カオス」の特徴だ。先ほどの数字の話と同じだ。しかしこのことが1890 当時にポアンカレが発見するまでは話題にならなかったというのは実に不思議なことだ。
   ホワンカレにより先鞭の付けられた「カオス」の概念は、ある意味ではコロンブスの卵のようなところがあったのだろう。それまで私たちは、物体や様々な値の動きが一見バラバラなのは、それが純粋ではないから、雑音が混じっているから、という程度にしか考えていなかった。いろいろな条件を整えたら、物事は秩序正しい運動を見せるのだろうとたかを括っていたのである。ところが他に重力の加わらない空間で、たった三つの物体の運動を考えても、「カオス」が起きてしまう。その軌道を追っても決して重ならないのである。つまり余計なもの、不順なものを排した状況でも「カオス」は起きてきてしまうというところが面白いのだ。
　私が個人的に好きな「カオス」の例は、二重振り子である。

これは三体どころか一つの関節を持ったただの振り子である。二重振り子はその振れ幅が小さいうちは定常的な振り子運動を示す。しかしその振れ幅が一定限度を超えると、たちまちカオス的な動きを示すようになる。その軌跡はまさに予測不能であり、決して重複をすることがない。

カオス 推敲 １

カオス。実に不思議な響きを持った言葉だ。複雑系理論に親しみを持たない人にとってのカオス、とは「混沌」という事と一緒だろう。何もかもゴチャゴチャになっていて、秩序もなく、そこに呑み込まれたらもう決して出ることが出来ない…。一種の地獄のような状況を想定する人がいてもおかしくない。あるいはごみ屋敷の写真を思い出す方もいるだろう。カオス＝混沌という訳語に慣れていた私たちにとっては、カオス自体が学問の対象になるという意味そのものが分からない、それこそカオス的な議論という風に映るだろう。

 カオスとはギリシャ文字で Χάος, 英語ではchaos （ケイオス、と発音）である。紀元前700年ごろの哲学者ヘシオドスはこれを大きな口を開けた空虚であり，地と空別れた時にできたものとしたという。ヘシオドスは神統記 Theogony という書物の中で、これを最初にできた存在、と記している。実はこの私たちの浴している文明が生まれたはるか前を生きたヘシオドスの概念は、宇宙の始まりの理論であるビックバン仮説を思い起こさせる。137億年前にビックバンが起きる前の状態を誰が言い当てることが出来るだろうか。あえていちばん近い状態は、やはりこのヘシオドスの意味でのカオスではないだろうか。

しかし現在用いられているカオスにはもう一つの顔がある。それはいわば科学的な意味でのカオス、数学的なカオス、ともいうべきものであり、それは純然たる科学の対象であり、途方もない魅力が詰まっている。それをここでは特別な意味を込めて「カオス」と括弧つきで呼ぼう。この「カオス」は「決定論的カオス (deterministic chaos)」と呼ばれている。

「カオス」の定義としてはいろいろあるが、私は「決して定常状態にならない系」と考えることにしている。定常状態とは、一定の動きが何度も繰り返される状態、といってもいい。ひとつの例を挙げよう。

　たとえば次の①、②の数字を比べて欲しい。

①    0.14264938403934278302・・・・。

この数字の動きはカオス的だろうか?　このままではわからない。ところが

②    0.1426493840393438403934・・・

だったらどうだろう。末尾で38403934という数列が2度繰り返されている。するとこれが以降は循環するかもしれない。もしそうならばカオスではない。たとえば小数点以下100万桁の数字を言い当てることが出来るからだ。ただしこの38403934の数列がこれ以降永遠に繰り返されると仮定した場合だが。

するとこの①も②も、結局「定常状態にならない」という保証はないし、その意味ではカオスかどうかわからないことになる。そこで決して定常状態にならない、繰り返されないということがあらかじめ決定されているような数字こそが「カオス」と胸を張って言えることになる。このようなカオス的な数字としては、「十倍シフト写像」というのが世界で最も簡単なカオスだというのだが、数式がカオスの振る舞いをするかどうかというのは案外ややこしい問題だ。3.14…で始まる円周率は無理数であり、決して循環しないことが証明されているという。その意味では「カオス」の例といえるだろう。

アトラクター 推敲 9

悲しきアトラクター

ここまででお分かりの事と思うが、実は人間の行動や思考にアトラクター的な要素はいくらでも存在する。例を挙げればきりがないのだ。そこでその中から一つ、人間がしばしばはまり込む悲しい運命を持つアトラクターを紹介しよう。それは人と人との、あるいは国と国との争いが起きる際に見られる非難の応酬であり、相互の被害的な見方である。ちなみに以下に例示する二つの国 A, B は決して特定の近隣諸国をモデルにしているわけではないことは、ここでしつこいくらいに強調しておかなくては誤解を生んでしまうだろう。

その悲しいアトラクターは、たとえば次の様な応酬の形をとって展開される。

A国：貴国（B国）の振る舞いについて非常に遺憾に思う。貴国の船は明らかに領海を侵犯した。

B国：貴国（A国）の主張を非常に遺憾に思う。もともと我が国の船は貴国の領海の侵犯などしていない。偽りのストーリーをでっち上げて言いがかりをつけているのは貴国のほうではないか！

A国：これは何ということだ。貴国は最初に領海を侵犯しておいて、しかもこちらが嘘の話をでっち上げたと主張するとは、盗人猛々しいにもほどがある。

B国：あり得ない話である。では言うが、今貴国が自国の領海と主張している海域は、歴史的には明らかに我が国が長く治めていた地域である。これについては歴史的な証拠もたくさんあるのだ。

A国：笑止千万である。貴国こそがあり得ない話をでっち上げて言いがかりをつけているのだ。貴国の歴史的な証拠も、どうせ捏造に決まっている。

B国：明らかに我が国に対する挑発的な言動であり、黙っているわけにはいかない。このような挑発を続けるなら、貴国の領土が焦土化するような事態を招かないとも限らない。そのすべての責任は貴国にあることを理解すべきである。

という感じで、両者が非難合戦を続け、そのうち国境での小競り合いが生じるとそれを口実に互いの軍隊が出動し・・・・。

この種のアトラクターはおそらく人間の歴史が始まって以来存在し、その意味では人間の知能の産物であろう。ここには言葉による歪曲や挑発が明確に関与している。ニホンザルの群れ同志が森で出会ってけんかになっても、おそらくこの種の非難の応酬によるエスカレーションというアトラクターは見られないだろう。いきなりガチンコの争いが起き、おそらくあっという間に終息する。互いが胸の内に恨みを抱きあいながら休戦状態になるという別の種類のアトラクターが成立することもないだろう。

アトラクター 推敲 ８

一番のストレンジアトラクターとしての恋愛体験

恋愛もまた典型的なストレンジ・アトラクターを形成する。ある男女のカップルを例に取り、その所在地を地図上で追ってみよう。おそらく上に見たローレンツのアトラクターに似たような動きを見せるはずだ。

将来カップルとなる運命にある二人は、普通は別々の場所で、互いとは無関係に生まれたはずだ。だから両者の位置はそれぞれの地元のあたりをうろうろするだろう。ほとんどは自宅と学校の往復運動をするかもしれない。これはそれ自体が一つのアトラクターと言える。しかしそれらは通常は交わらない。しかしそのうちどこかで二つのアトラクターが出会って(たとえば大学のサークルの集まりとしよう)、それから週に一度ごとにいっしょになる(デートというわけである)。そのうち両者はずっと一緒の場所にいる時間が長くなり、時間も共にすることが多くなる。つまり同棲ないし結婚したわけだが、これはかなり明確なアトラクターという事になる。しかしこのアトラクターが面白いのは、いったん一つのアトラクターに収束したらそれでおしまいかといえばそうとも言えないという点である。10年たってみたら、あれよあれよという間に二つは離れ、しばらくして別のところで互いに地元に戻り、大学以前のそれぞれのアトラクターに近い形で収まるかもしれない。

以上は異性同士の行動をマクロ的に見た場合のアトラクターのあり方であったが、両者が行う生殖行動もかなり独特で強烈なアトラクターである。そして生殖行動については、もちろん人間に限ったことではない。生殖を営む動物一般についても同様のことは言えるのである。しかしなぜ生物はこのようなアトラクターを有するのか、という疑問を持つことにはあまり意味がない。そのようなアトラクターを有する個体が種を保存し得て現在に至っているのだ。そのような意味では現在存在している生命体はことごとく色好みの遺伝子を有しているのである。私たち（と言っても動物代表として、である）はおそらく異性をアトラクターとして選択し、一定の行動を取るようなプログラムを備えていて、それにしたがって生殖活動を行っていく。ただし異性がアトラクター（惹きつける人）というだけでなく、その行動そのものがアトラクターなのだ。一連の生殖行動を行うとき、動物は普段とはまったく異なる振る舞いをする。普段は近づかない異性に接近し、普段は取らない行動を起こし、それが最終的に遂行されるまでは一心不乱にそれに従事する。その間は天敵に狙われ命を落とす可能性は限りなく増幅するが、それは命を賭してでも行わなくてはならない。いったい何がそのような特定の、普段とはかけ離れた行動へと誘うのだろうか？
Andreas Bartels and Semir Zeki （2000）The neural basis of romantic love.11:3829-2834

ユニヴァーシティ・カレッジ・ロンドンの研究者Semir Zekiは、人が好きになった相手のことを考えているとき、脳でどのようなことが生じているかを調べたが、その研究結果が興味深い。MRIスキャンの結果、人は夢中になっている相手の写真を見せられた時、大脳皮質の前頭葉が抑制され、批判や疑いといった心の機能がストップすると伝えている。前頭葉は人間が判断(行動選択)を行う重要な部分である。また恐れを感じる扁桃核も抑制され、その代わりに快感を生み出す報酬系が活性化される。つまり生殖行動というアトラクターに嵌っている最中は、それが心地よさを与え、それが危険であるという可能性を忘れさせるような脳のメカニズムがはたらいているのだ。その意味では上述の嗜癖としての要素をそれだけ多く持っていると見ていい。

そしてその間実に巧妙にプログラムをされた行動に従った行為が行われる。それは誰に教わることもなく身についている行動なのだ。ところでこの見事なアトラクターの例を紹介したい。ナタリー・アンジェ著、相原真理子訳｢嫌われものほど美しい　－ゴキブリから寄生虫まで｣草思社、1998年)から引用しよう。

オスは櫛状突起によって、求愛ダンスの重要な小道具、つまり精子の入った袋である精包を置くための棒を見つける。ダンスをしながらオスはメスを棒のところまで引きずっていき、精包を排出し、メスの体を棒の上に置く。やがてメスは自分の櫛状突起の間にある生殖口を開き、精包を体内に取り込む。交尾を終えたメスはクライマックスのあとのスナックを求めてオスを攻撃しようとする。オスは櫛状突起が出す科学的なシグナルによってそのことを察知し、すばやくメスから離れて逃げ出す。だた１０～２０パーセントのオスは逃げ送れてメスに食べられてしまう。