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科学者は生きている脳の記憶の形を見る


朝の Cheerios のボウルを楽しんでいるときに、クモが天井から落ちて牛乳に飛び込むと想像してみてください。何年も経った今でも、嫌悪感を感じずにシリアルのボウルに近づくことはできません.

研究者たちは、そのような感情的な反応を学習する脳内で何が起こるかを直接観察しました。 米国科学アカデミー紀要で 1 月に発表された新しい研究では、 、南カリフォルニア大学のチームは、実験用魚の脳で形成された記憶を視覚化することができ、顕微鏡下でそれらが美しい蛍光緑色で開花したときにそれらを画像化しました.以前の研究から、彼らは脳がその神経構造をわずかに微調整することによって記憶をエンコードすると予想していました。代わりに、研究者は、接続に大幅な見直しが行われていることを発見して驚いた.

彼らが見たものは、記憶はコード化経路の寄せ集めを含む複雑な現象であるという見解を補強します.しかし、それはさらに、脳がそれをどのようにエンコードするかを決定する上で、記憶の種類が重要である可能性があることを示唆しています。この結論は、ある種の深く条件付けられたトラウマ反応が持続的で、忘れることが難しい理由を示唆している可能性があります.

共著者であり、USC の量的生物学者である Scott Fraser 氏は、「私たちが見ているのは、脳内のソリッド ステート ドライブに相当するものかもしれません」と述べています。脳はある種の記憶を揮発性で簡単に消去できる形で記録しますが、恐怖に満ちた記憶はよりしっかりと保存される可能性があり、それが何年も後に記憶を追体験するかのように思い出すことができる理由を説明するのに役立つかもしれません. /P>

記憶は、哺乳類の脳の上部を覆う皮質と、その下部にある海馬で頻繁に研究されてきました。しかし、脳の恐怖調節中枢である扁桃体などのより深い構造ではあまり調べられていません。扁桃体は特に連想記憶に関与しています。連想記憶は、穀物に含まれるクモのように、異なるものを結びつける感情的な記憶の重要なクラスです。このタイプの記憶は非常に一般的ですが、脳の比較的アクセスしにくい領域で発生するため、その形成方法はよくわかっていません.

Fraser と彼の同僚は、ゼブラフィッシュを使用することで、その解剖学的制限を回避し、連想記憶の形成についてさらに学ぶ機会を見出しました。魚には哺乳類のような扁桃体はありませんが、連想記憶が形成されるパリウムと呼ばれる類似の領域があります。フレーザーは、パリウムの方が研究にはるかに利用しやすいと説明した。発達中の哺乳類の脳は、「風船のように膨らむ」だけで大きくなりますが、ゼブラフィッシュの脳は、「ポップコーンの穀粒のように」ほとんど裏返しになります。画像化できる地表近くまで来ています。」さらに、ゼブラフィッシュの幼生は透明であるため、研究者は彼らの脳を直接覗くことができました.

神経科学者は一般的に、脳がシナプス (ニューロンが出会う小さな接合部) を変更することによって記憶を形成することに同意します。しかし、ほとんどの人は、主に接続の強さ、またはあるニューロンが次のニューロンをどれだけ強く刺激するかを微調整することによってそうしていると信じています.

そのプロセスを可視化するために、Fraser と彼のチームはゼブラフィッシュを遺伝子操作して、シナプスに結合した蛍光タンパク質マーカーを持つニューロンを生成させました。 USC の生物科学および生物工学の教授である Don Arnold の研究室で作成されたマーカー タンパク質は、カスタム顕微鏡の薄暗いレーザー光の下で蛍光を発しました。 」しかし、生き物を焦がさないように、できるだけ少ない光を使用してください.研究者は、個々のシナプスの位置だけでなく、その強度も確認できました。光が明るいほど、接続が強くなります。



記憶を誘発するために、フレイザーと彼のチームは、19 世紀のロシアの生理学者イヴァン・パブロフが、犬が光を聞いたときに御馳走を期待して唾液を分泌するように条件付けたのと同じように、ゼブラフィッシュの幼生を条件付けて、光を不快に加熱されることと関連付けました。ベル。ゼブラフィッシュの幼生は、光を見ると泳ぎ出そうとすることを学びました。 (実験では、幼虫の頭は固定されていましたが、尾は学習した行動の指標として自由に振り回されていました。)研究者は、魚が学習する前後のパリウムを画像化し、シナプスの強さと位置の変化を分析しました。

予想に反して、パリウムのシナプス強度は、魚が何かを学習したかどうかに関係なく、ほぼ同じままでした。代わりに、学習した魚では、パリウムの一部の領域からシナプスが剪定され、「盆栽の木を切るような」効果が得られたとフレイザー氏は述べています。

以前の研究では、シナプスの追加と削除によって記憶が形成される可能性があることが時々示唆されていましたが、この脳のリアルタイムで大規模な視覚化は、この記憶形成の方法が研究者が認識したよりもはるかに重要である可能性があることを示唆しています.決定的な証拠ではありませんが、これが脳が記憶を形成する主要な方法である可能性があるという「説得力のある証拠を提供していると思います」と、トリニティ カレッジ ダブリンの神経科学者で、この研究には関与していないトマス ライアンは述べています。

Fraser、Arnold、および彼らのチームは、新しい研究の結果を記憶形成の最初の予想と一致させるために、記憶の種類が脳がそれをどのようにエンコードするかを指示する可能性があるという仮説を立てています。これらの「私たちが調べた連想イベントは、最も強力な種類の記憶である可能性があります」と Fraser 氏は述べています。魚にとっては死ぬか死ぬかです。そのため、「これらの強い記憶を非常に強力な方法でコード化することは、それほど驚くことではありません。」

しかし、恐怖に満ちた記憶を閉じ込めるのに適したものは、より平凡なタイプの記憶には最適ではないかもしれません.誰かの名前の発音を学ぶとき、おそらく「脳からシナプスを引っ張り出して新しいシナプスを追加したくないでしょう」と Fraser は言いました。

Fraser と彼のチームは、このモデルが最終的に、心的外傷後ストレス障害を引き起こす記憶に関与するメカニズムを調べるのに役立ち、その状態を緩和するための潜在的な戦略につながる可能性さえあることを望んでいます.

しかし、今回の発見は形成された記憶の種類よりも、ゼブラフィッシュの年齢に関係している可能性が高いと、ニュージーランドのオタゴ大学の心理学教授クリフ・エイブラハム氏は述べた。 「脳のさまざまな部分での発達中の経験の結果として、多くの剪定とシナプスの再編成があることを私たちは知っています」とエイブラハムは言いました.研究者が成体のゼブラフィッシュを調べた場合 (透明度が低く、脳が大きいため難しい)、異なる結果が得られる可能性があります。

この論文は「技術的な力作」であると彼は付け加えたが、それは記憶がどのように形成されるかというパズルのピースにすぎず、それらの記憶とシナプスの変化がゼブラフィッシュでどのくらい持続するかなど、まだ多くの未解決の問題が残っている. .

研究者たちは、この発見がより大きな脳を持つ動物や哺乳類にさえ変換されるかどうかを確認し、これらのゼブラフィッシュや他の動物がどのように感情的負荷やトラウマの少ない記憶を形成するかを調べたいと考えています.

フレイザー氏は、「脳が記憶を保存するにはさまざまな方法があると誰もが考えていると思います。 「それの美しさは、それらすべてが正しいに違いない.問題は次のようなものです:すべてがどのように連携するのか?」



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