強力なオンライン マッピング ツールである Google マップは、その成功の 2 つの重要な要素を負っています。地表上の位置を計算する GPS と、自宅の住所、お気に入りのレストラン、ドーナツ ショップなどの情報を含む網羅的な地図です。通勤途中に通過。脳のナビゲーションシステムもほぼ同じように機能していることが判明しました。この発見に関与した 3 人の研究者は、2014 年のノーベル生理学・医学賞を受賞しています。
この賞は、ロンドン大学ユニバーシティ カレッジの神経科学者であるジョン オキーフ氏と、ノルウェー科学技術大学の夫婦で神経科学チームである May-Britt 氏と Edvard Moser 氏に共同で贈られました。スペース。 1971 年、オキーフは場所細胞と呼ばれる特殊なニューロンを発見しました。このニューロンは、動物が特定の場所にいるときに発火します。最近では、モーザー夫妻はグリッド セルを特定しました。グリッド セルは推測航法システムのように機能し、外部の手がかりとは無関係に動物の位置を伝えます。ラットで最初に発見されましたが、どちらの種類の細胞も、人間を含む哺乳類の脳に広まっています。
このグリッドと場所セルのシステムの顕著な特徴の 1 つは、抽象的なプロパティをエンコードしているように見えることです。ミネソタ大学 (ミネアポリス) の神経科学者である David Redish は、次のように述べています。代わりに、グリッド セルは内部ポジショニング システムを形成し、プレース セルはその情報を他のキューと共に使用して、場所の感覚を作り出します。一緒に、それらは豊かな地図を作成します。 「これらのマップをどのように構築するかを理解することは、認知科学のより大きなフレームワークの一部です。内部モデルをどのように構築するのでしょうか?」マサチューセッツ工科大学の神経科学者であるマシュー・ウィルソンは、次のように述べています。
脳のマッピング技術をよりよく理解することは、神経科学の他の分野での新しい洞察につながる可能性もあります。たとえば、「私たちが記憶と空間をどのように結び付けるかについては、根本的な何かがあります」とウィルソンは言いました。単に私たちの内側の GPS を形成するのではなく、場所セルとグリッド セルが私たちの記憶を定着させるシステムを提供する可能性があります。
場所の感覚
場所細胞は、長い間脳の記憶ハブと考えられてきた海馬に見られます。有名な患者 H.M. の場合のように、それを取り除くと、新しい記憶を形成する脳の能力が失われます。しかし、オキーフの発見は、海馬がナビゲーションにも不可欠であることを示しました.
O'Keefe は、ラットの海馬の特定の部分にあるニューロンからのインパルスを、オープン スペースを探索したときに記録しました。彼は、ラットが特定の場所にいる場合にのみ、個々のニューロンが発火することを発見しました。周囲の環境を変えることで、彼は動物が単に感覚的な合図に反応しているのではないことを示しました。むしろ、ニューロンはより洗練された位置感覚に反応していました
1978 年に出版された画期的な本で、オキーフと共著者のリン ネーデルは、この空間システムがより広い役割を果たしている可能性があると理論付けました。単に座標系で場所のリストを提供するのではなく、個人の記憶をどこで発生したかに応じて整理する可能性があります。 「配置セルは座標系を取り、それに何かを取り付けます」と Redish 氏は言います。ですから、子供の頃の家の台所のテーブルに座っていると、感謝祭の昔のお気に入りのアップルパイを思い出すかもしれません.
レディッシュ氏によると、それ以降のすべての海馬研究は、実験がその仮説に同意するか、仮説に異議を唱えるかにかかわらず、その本に応答したものでした. 「いずれにせよ、それはすべてを変えました。」
推測航法
30 年後、Mosers は、細胞を配置するための空間情報を提供すると考えられている細胞のシステムを発見しました。彼らは、海馬につながる脳の領域であるラットの嗅内皮質内の個々のニューロンを調査しました。次に、動物を空きスペースを走り回らせます。場合によっては、ターゲット ニューロンが発火します。これが発生した床上のポイントをマッピングすることにより、研究者は、ニューロンが発火したポイントが正三角形のグリッドをマッピングすることを発見しました。配置は非常に明確に定義されていたため、研究者は当初、機器の誤動作を疑っていました.
メリーランド州ボルチモアにあるジョンズ・ホプキンス大学の神経科学者であるジム・クニエリムは、「彼らがこの正確な三角形の配置で発砲したという事実は前例のないものでした」と述べています。システム神経科学における最も重要な発見の1つです」と彼は言いました。 「モーザー夫妻がグリッド セル (グリッド パターンで発火するニューロン) を発見すると、[記憶] システムの GPS 部分の新しいハンドルが得られました。」 (GPS は便利な比喩ですが、科学者はグリッド セルが実際には推測航法システムを使用して位置を計算していると考えています。)
興味深い発見の 1 つは、グリッド セルが完全な暗闇でも機能し、視覚的な手がかりがないことです。 「これは、ある意味で外部の感覚入力とは無関係な、脳内のダイナミクスを反映しているに違いありません」と Knierim 氏は述べています。 「これが驚異的な理由の 1 つです。内部処理を理解するための窓を与えてくれます。」
脳の解読
科学者たちは、脳が空間マップをどのように構築するか、またはそれらがナビゲーションにどのように使用されるかをまだ正確に知りません。しかし、オキーフとモーザー夫妻の研究は、最終的には脳のナビゲーション システムよりもはるかに多くのことを明らかにするかもしれません。研究者は、神経活動と空間内の位置を簡単に測定できるため、神経科学者は場所セルとグリッド セルを使用してさまざまな問題を研究しています。
たとえば、研究者は、脳が世界に関する情報を電気信号にエンコードする方法と、それらの信号が脳内の領域から領域へと移動するときに新しい情報を統合する方法について、さらに知りたいと考えています。 「脳の処理を理解したいのであれば、脳のある部分から次の部分にどのような変換が行われるかを知る必要があります」と Knierim 氏は述べています。 「領域 A の情報を領域 B の情報に変換する規則は何ですか?」グリッド細胞が情報を送信して海馬に細胞を配置するプロセスにより、研究者はこの問題を探ることができます。
科学者はまた、記憶についてさらに学ぶために場所細胞を使用してきました。ネズミが迷路を駆け抜けると、場所のセルの特定のシーケンスが発火します。ラットが眠りについた後、シーケンスが再生されます。研究者は、このリプレイがラットの迷路の記憶を海馬から長期保存に移すのに役立つと考えています。
最近の睡眠研究によると、ラットは再び迷路に入ったときに同じパターンを繰り返し、次にどこへ行くかを決定する必要があることが示唆されています。これは、ラットが迷路の記憶にアクセスし、最適な経路を熟考していることを示している可能性があります。 「私たちは、ラットが精神的な時間旅行を行うことができることを知っています」と、過去の出来事を追体験しながら、レディッシュは言いました。 「場所の細胞があるからこそ、それを知ることができます。」
多くの研究者は、記憶と空間はさらに複雑に結びついていると考えています。演説を覚えるための一般的な方法は、古代ギリシャにまでさかのぼります。演説者は、都市の見慣れた道を思い出し、道に沿った各場所に演説の一部を付けます。このニーモニックは、海馬が位置情報と自伝的記憶の両方をエンコードしているという事実を無意識のうちに悪用する可能性があります。 「たまたま、スペースは経験を整理する良い方法です」とウィルソンは言いました。
