マサチューセッツ工科大学のピコワー学習記憶研究所のドアを通り抜けるとすぐに、利根川進の存在が明らかになります。利根川の高さ 3 フィートの額入り写真が、天井の高いロビーの正面と中央に立っています。その横には、最近の研究のハイライトの虹色のクリップがループ再生されるスクリーンが並んでいます。
しかし、肖像画の男性はスポットライトを求める人ではありません。ほとんどの日、彼は Picower の 5 階を構成するラボとオフィスの侵入不可能なウォーレンに閉じ込められています。写真では太くて暗い彼の髪は、今では落ち着いた銀色であり、今日では、非の打ちどころのないスーツ ジャケットの代わりに、ゆったりとしたドレープの青いカーディガンを着ています。彼の親切で穏やかな話し方は、確立された教義の破壊者、または少なくとも深く永続的な穴の火かき棒としての彼の評判を裏切っています.
利根川は、MIT の神経科学者の同僚である Dheeraj Roy などとともに、脳科学の基本的な仮定を覆しています。今年初め、彼は、記憶の保存と検索が、長い間考えられていた同じ脳回路ではなく、2 つの異なる脳回路で行われていることを報告しました。彼のチームはまた、出来事の記憶は、脳の短期記憶域と長期記憶域で同時に形成され、後で長期記憶域に移動することを示しました。ごく最近 (そして興味をそそられることに)、彼の研究室は、現在取り返しのつかない記憶を意識的な意識に戻す方法をいつか実証しました.
現在 MIT の生物学と神経科学のピコワー教授であるトネガワは、1980 年代に初めて彼の異端者のアイデンティティを切り開いた。スイスのバーゼル免疫学研究所にいる間、彼は免疫細胞が少数の遺伝子から何百万もの異なる抗体を作るために DNA を再シャッフルするという理論を発表しました。彼の発見は 1987 年にノーベル賞を受賞しました。ほとんどの研究者はこの分野にとどまり、注目を集めていただろうが、利根川は免疫学を完全に置き去りにした。彼は次の数十年間、細胞レベルでの記憶の働きのマスターとして自分自身を再発明することに費やしました.
利根川はプロとしての地位にあるにもかかわらず、TED サーキットの常連でもなければ、スタートアップのコンセプトの泉でもありません。彼は自分のアイデアやペルソナを売り込む代わりに、自分のデータに語らせることを好みます。そして彼らは、おそらく彼の同僚の何人かが望むよりも大きな声でそうします。記憶形成を研究しているトロント病児病院の神経科学者、Sheena Josselyn 氏は、次のように述べています。 「彼は難しい問題に取り組んでいます。彼は簡単で期待されていることをしません。」
細胞ごとの記憶の追跡
利根川に会ったとき、彼は自分の名声を天職のやや厄介な副産物だと考えているように感じました。私が彼のオフィスを訪れた日、彼は同僚との研究談笑に没頭していましたが、しぶしぶ離れて、自分の旅を再訪しました。免疫学の副業全体は偶然の産物だったと彼は私に語った.彼の本当の愛は常に分子生物学であり、免疫学はそれの魅力的な表現だった.彼がバーゼルに行くことになった主な理由は、米国の労働許可証が切れていたからです。 「免疫学は私にとって一時的な興味でした」と彼は言いました。 「何か新しいことをしたかった。」
その「何か」は、フランシス・クリックや他の有名な生物学者が未来の波として宣伝していた神経科学であることが判明しました。 1980 年代後半から 90 年代前半にかけて、研究者は脳の細胞および分子の働きが脳の能力をどのように支えているかについてほとんど知らず、未踏の領域をマッピングすることほど利根川を興奮させたものはありませんでした。
とはいえ、利根川の脳科学への冒険は完全な方向転換ではなかった。彼は免疫学の研究でトランスジェニック (遺伝子組み換え) マウスを使用し、特定の遺伝子をノックアウトして物理的効果を観察しており、同様のアプローチを使用して、学習と記憶の生物学的基盤を明らかにしました。マサチューセッツ工科大学の初期の研究で、彼は長期記憶を固めるのに重要であると考えられている特定の酵素を産生しないマウスを飼育しました。変異マウスの行動はほとんど正常に見えましたが、さらなるテストにより、空間学習に欠陥があることが示され、そのプロセスにおける酵素の重要な役割が確認されました.
その注目度の高い結果で、利根川は走り出しました。約 10 年前、彼はオプトジェネティクスと呼ばれる技術を採用することで、研究を新たなレベルの精度に引き上げることができました。スタンフォード大学のバイオエンジニアであるカール・ダイセロスらによって開発されたこの技術は、実験動物の遺伝子を改変して、その細胞が緑藻由来のチャネルロドプシンと呼ばれる光感受性タンパク質を発現するようにすることを含みます。研究者は、光ファイバーを介してこれらの細胞に光を当てることで、これらの細胞を活性化できます。 Tonegawa と彼の同僚は、オプトジェネティクスを使用して、脳の特定の領域でコマンドに基づいて神経活動を生成します。
この方法により、トネガワは、記憶の形成と保存に関する既存の理論が間違っているか、少なくとも不完全であることを示すことができました。この夏、ロイと他の同僚と共に、彼は、神経科学のドグマに反して、特定の記憶を作る海馬と呼ばれる脳構造の神経回路は、後で記憶を想起する回路と同じではないことを報告しました。代わりに、記憶を取り戻すには、主要な記憶形成回路のすぐそばにある、海馬の海馬台にある「迂回回路」と科学者が呼ぶものが必要です。
私に発見を説明するために、ロイは研究室で拡大された脳スライスの画像を呼び出しました。 「あなたが見ているのは、マウスの海馬部分です」と彼は言いました。彼は、右上にある光る緑色のニューロンの密集した雲 — 海馬台そのもの — を身振りで示し、彼のチームがマウスを遺伝子操作して海馬台のニューロンでのみチャネルロドプシンを生成したと説明しました。彼と彼のチームは、これらの海馬台ニューロンをレーザー光で活性化または非活性化し、周囲のニューロンに影響を与えないようにすることができました.
この生物学的スイッチで武装して、研究者は海馬台ニューロンをオンとオフに切り替えて、何が起こるかを確認しました。驚いたことに、特定のケージの中で恐怖を示すように訓練されたマウスは、海馬台ニューロンがオフになると恐怖を示さなくなりました。マウスは恐ろしい記憶を掘り起こすことができませんでした。つまり、記憶には海馬台が必要でした。しかし、研究者が恐ろしい連想を教えている間だけ海馬台ニューロンをオフにすると、マウスは後で簡単に記憶を思い出すことができました。したがって、海馬の別の部分が記憶をエンコードしたに違いありません。同様に、チームが主要な海馬回路のオンとオフを切り替えたところ、それが記憶形成に関与しているが、想起には関与していないことがわかりました.
脳が異なる回路を使用して記憶を形成し、想起する理由を説明するために、ロイは便宜上の問題としてそれを組み立てました。 「これらの並列回路は、記憶を迅速に更新するのに役立つと考えています」と彼は言いました。同じ海馬回路が保存と検索の両方に使用された場合、新しい記憶のエンコードには数百ミリ秒かかります。しかし、ある回路が新しい情報を追加し、同時に迂回回路が同様の記憶を呼び出すと、過去の知識を現在の状況にはるかに迅速に適用することができます. 「今では、数十ミリ秒のオーダーで更新できます」と Roy 氏は言いました。
この違いは、危険にさらされている生物にとって重要であることが証明される可能性があります。数百ミリ秒が、捕食者から逃れるか、餌食になるかの違いを意味する可能性があります。並列回路は、現在の情報を古い記憶と同じように迅速に統合するのにも役立ちます。たとえば、友人のシャノンとの新しい会話の記憶は、シャノンの既存の記憶にシームレスに追加できます。
記憶がどのように形成されるかを再評価する
さまざまなメカニズムが記憶の形成と想起を制御していることを明らかにしたことに加えて、Tonegawa、Roy、および彼らの同僚である北村隆 (最近 MIT からテキサス大学サウスウェスタン医療センターに移った) は、記憶の形成自体が予想外に複雑であることを示しました。彼らの研究は、短期記憶から長期記憶への変換に関与する脳の変化に関するものでした。 (マウスの実験では、短期記憶とは、過去数日以内の出来事の回想を指します。これは、数分または数時間後にちらつくより一時的な神経の印象と区別するために最近の記憶と呼ばれることもあります。長期記憶は出来事を保持します。 2 週間以上前に発生したものです。)
神経科学の分野で何十年もの間、最も広く受け入れられていたモデルは、短期記憶は海馬で急速に形成され、その後長期保存のために脳の表面近くの前頭前皮質に転送されると仮定していました。しかし利根川のチームは最近、Science で報告しました。 両方の場所で同時に形成される新しい記憶。
その発見への道のりは、2012 年に利根川の研究室が独自の記憶を保持するエングラム細胞として知られる脳細胞を強調する方法を思いついたときに始まりました。彼は、マウスが新しい環境を取り入れると、脳内で特定の遺伝子が活性化することを知っていました。したがって、彼のチームは、マウスのこれらの「経験学習」遺伝子の発現をチャネルロドプシン遺伝子に関連付け、学習イベント中に活性化された正確な細胞が発光するようにしました。 「この記憶を本当に保持している細胞であることを示すことができます」とトネガワは言いました。
新しい科学 研究チームは、この技術を使用して、学習細胞が光に反応するマウスを作成しました。彼らは各マウスを特別なケージに集め、足に軽い電気ショックを与え、マウスにケージの恐ろしい記憶を形成させました. 1 日後、彼らは各マウスをケージに戻し、脳に光を当てて、記憶を保存している脳細胞を活性化しました。
予想通り、短期記憶に関与する海馬細胞がレーザー光に反応しました。しかし驚くべきことに、前頭前皮質の一握りの細胞も同様に反応しました。皮質細胞は、予想されるスケジュールよりもかなり早く、足の衝撃の記憶をほぼ即座に形成しました。
しかし、研究者は、皮質細胞がレーザー光で早期に活性化されたとしても、マウスが足のショックが起こったケージに戻ったときに自発的に発火しなかったことに気付きました.研究者たちは、これらの皮質細胞を「サイレント エングラム」と呼んでいました。これらの細胞には記憶が含まれていましたが、自然なリコール キューには反応しなかったからです。しかし、次の数週間で、これらの細胞は一見成熟し、記憶を思い出すために不可欠なものになりました.
「ダイナミクスは、海馬のエングラムが[最初に]アクティブであり、下降し、前頭前皮質のエングラムが最初は静かで、ゆっくりとアクティブになることです」とトネガワは言いました.記憶がどのように配置され保存されるかについてのこの詳細な理解は、新しい記憶の形成を助ける薬の開発に役立つ可能性があります。
しかし、神経科学コミュニティの一部は、このような発見の重要性を解釈する際には慎重になることが賢明であると考えています.昨年、Tonegawa の MIT の同僚である Andrii Rudenko と Li-Huei Tsai は、エングラム科学はまだ非常に新しいため、エングラム セルがどのように連携するのか、どのセルが記憶のどの部分を含むのか、正確にはわかっていないことを強調しました。 「機能的記憶エングラムの調査の初期段階では、多くの重要な質問に対する満足のいく答えがまだありません。」
Tonegawa は、脳には潜在的に外部から活性化される可能性のあるサイレントエングラムが含まれていると主張している — Josselyn によれば、それは他の人を興奮させても、一部の神経科学者を誇張していると考える. 「科学コミュニティは、私たちの考え方を更新するか、それに挑戦する実験を行う必要があります」と彼女は言いました。
沈黙の記憶に命を吹き込む
それを取り巻く不確実性にもかかわらず、サイレントエングラムの概念は、隠された記憶にアクセスするという魅力的な見通しを私たちに提供します - 特にロイが探求し続けている見通しです. 10 月、彼はトネガワと共に論文を発表し、科学者と非科学者の両方から興奮した電子メールが殺到しました。この論文の大ヒットの発見の 1 つは、少なくともマウスでは、レーザー光や光ファイバーを使用せずにサイレント エングラムを目覚めさせることが可能であったということです。
ロイ氏によると、チームが自問したのは、隠された記憶を非侵襲的治療で永続的に活性化できるかどうかということでした。 PAK1 と呼ばれる細胞タンパク質は、ニューロン間の通信を可能にする樹状突起スパインまたは突起の成長を刺激します。Roy は、このタンパク質が脳細胞に輸送されると、サイレントエングラムを直接意識に戻すのに役立つかもしれないという予感を持っていました。 「より多くの突起を作る1つの遺伝子を人工的に追加することはできますか?」彼は、このアプローチは光遺伝学よりも単純かもしれないと興奮気味に指摘して尋ねました.
この可能性をテストするために、研究者はまずケージ内のマウスに軽度のショックを与え、通常は長期記憶を固めるタンパク質を作る能力を抑制しました。これらのマウスが後で同じケージに戻ったとき、彼らは恐怖を示さなかった.それでも、レーザー光はマウスの恐ろしい反応を引き起こす可能性がありました。つまり、記憶はサイレント エングラムの形で残っていたのです。
チームがこれらのマウスにPAK1遺伝子を注射してタンパク質を過剰生産させたところ、動物は恐ろしいケージに入ると自然に凍りついた.彼らは独力で檻の記憶を思い出していた。静かなエングラムが生き返っていた。 PAK1 が投与されると、「4 日間待つだけで、自然な合図で回復します」と Roy 氏は述べています。将来的には、脳の記憶細胞に入る PAK1 分子の治療的注射によって、人々の静かな記憶も呼び覚ます可能性がある、と彼は付け加えました。
「では、それはただの注射されたタンパク質でしょうか？」私は尋ねました。
「そうです。1 つのタンパク質を持つ 1 つの分子輸送体です。人々はすでにタンパク質を脳細胞に入れる方法を持っています.もうそれほど遠くないと思います。」
私たちの心のすべてが何百、何千もの静かな記憶を保持しており、それらが適切な活性化が意識的な意識に再出現するのを待っていると考えるのは驚くべきことです. Roy の発見が人間にも当てはまれば、隠された記憶の検索が、インフルエンザの予防接種を受けるのと同じくらい簡単にできるようになる日が来るかもしれません。 「それを普通の人にしたらどうなるの？洪水が戻ってくるのは何ですか？私は尋ねた。 「その経験はどのようなものですか?」
「私にとっても、とてもSFです」とロイは言いました。 「私の家族は『これは全部本当ですか？
数分後、利根川のオフィスに戻って、私はほぼ同じ質問を彼に投げかけた。サイレント エングラムを再アクティブ化することで、アルツハイマー病患者、爆風を生き延びた兵士、コンタクト スポーツで脳震盪を起こしたアスリートなど、記憶に問題のある人々がアクセスできなくなった記憶を取り戻すことができる可能性があります。 （確かに、これらの人々は、症状が進行して多くの脳細胞が死滅する前に、早期にそのような治療を受ける必要がある. .しかし、自分の記憶を掘り起こし、奥深くに埋もれているものを発掘したいだけの残りの私たちについてはどうでしょうか?
利根川は考えるのをやめた。 「これらの静かな記憶が出てくる可能性があります」と彼は言いました. 「脊椎の密度を人為的に増やし、脊椎の形成を促進する酵素を注入すると、サイレントエングラムをアクティブエングラムに変換できます。」
しかし、私がさらに彼に圧力をかけたとき、彼は警戒を発散しました。彼は、私のような人が可能性から逃げるのを聞き慣れていて、私の期待を抑えようとしているかのようでした。彼の研究室は数日後にマウスのサイレントエングラムを正常に再アクティブ化しましたが、サイレントエングラムが非常に長く続くという保証はありません.そして、特定の記憶をコードする細胞が老化や認知症で死滅すると、どんな種類のタンパク質を注入しても、ゲームオーバーになる可能性があります.利根川は向かいに座るロイを指差した。 「彼の名前は覚えていません。」
彼の忍耐力は尽きたようだった。彼の内にある反逆者は、彼が物事の本質的な性質の研究者であり、医薬品の特許や迅速な治療法の追求者ではなく、完全なリコールの理想でさえないと断言したかったのです。 「私は冗談を知っています」と彼は不可解に言った。 「タンパク質や遺伝子を注入するのではなく、外部の脳を保持しています。私はその脳に情報を保持しています。彼は再びロイを指差した。 「私がしなければならない唯一のことは、その人と関係を持つことです」と彼は説明した.ある意味では、記憶をたどって解き明かす魔法使いが、脳は島ではないと信じていることを知るのは慰めになります. 「すべてを暗記しないほうがよい」と彼は言いました。
この記事は Wired.com に転載されたものです。
