The の象徴的なカバー イラスト ニューヨーカー の 1976 年 3 月 29 日号は、「9 番街から見た世界の眺め」を描いたもので、巨大なマンハッタンが主演し、他の米国の都市だけでなく国全体を小さくし、太平洋を水域よりもはるかに広くない水の帯に縮小しました。ハドソン川。
しかし、規模に対する歪んだ認識や、地理や場所に対する特異な感覚を持っているのは、ニューヨーカーだけではありません。人間や他の動物は、価値があると思う情報を強調することで、自分の「世界観」をマッピングしているように振る舞います。
Science に登場する 2 つの研究 今日は、その偏見がどれほど深いかを示しています。両方の研究チームは、物理空間のメンタルマップを編集するニューロンが、私たちの経験、活動、および優先事項をよりよく反映するように自分自身を再プログラムする方法を観察しました.この調査結果は、他の科学者が明らかにし始めた関連性についての証拠も提供しています。位置情報をエンコードする脳の方法は、さまざまな音や社会階層などの抽象的な概念を含む、ナビゲートする他の情報の量を整理する方法にまで及ぶ可能性があります。
より主観的な地図
哺乳類が物理的な環境内のどこにいるかを追跡できるようにするために、彼らの脳は 2 種類の特殊な細胞を発達させました。動物が特定の場所 (たとえば、認識可能なランドマークの近く) にいるときに、海馬の発火に細胞を配置します。海馬に接する領域である嗅内皮質の格子細胞は、動物が六角形の頂点のように配置された一連の位置を通過するときに発火します。集合的に、これらの六角形は、グリッドのような地形の上にタイル状に重なっています (ニューロンの名前はそのためです)。
どちらの種類の細胞も、動物が新しい環境に入ると「再マッピング」し、環境の主要な特徴が変化したときに細胞が再マッピングすることが知られている場所です。しかし、グリッド セルはより一貫性があると考えられていました。それらの印象的な数学的組織は、時間の経過や新しい状況によって変化しない正確な座標系を生成すると広く信じられていました。外部の手がかりがない場合でも、ナビゲーションに役立つ可能性があるユークリッド空間の静的メトリックを提供するように見えました。ニューロンを発見した科学者が 2014 年にノーベル賞を受賞したとき、グリッド セルは一般に「脳の内部 GPS」と表現されました。
通常、格子細胞の活動を研究するために設計された実験では、動物が箱または同様の人工環境でランダムに採餌します。しかし、スタンフォード大学の神経生物学者であるリサ・ジョコモは、動物が特定の目標と動機を念頭に置いて、より戦略的に食物を探す野生で何か違うことが起こるのではないかと興味を持っていました.そこでは、たとえば、以前の経験からの情報を使用して検索をガイドする場合があります。これらの要因は嗅内皮質の「GPS」信号に影響を与え、位置だけでなく何かに結びつけることができるでしょうか?
ジョコモと彼女の同僚が現在 Science で報告している調査結果 まさにその結論を示しています:目標を持つことは、脳がその空間環境をエンコードする方法に影響を与えるようであり、おそらくそれ以上のものです.
ジョコモのチームは、ランダムに配置された餌を探して実験環境を走ったラットの嗅内皮質のニューロン活動を記録しました。その後、チームは再び実験を実行しましたが、環境内の特定の場所と大量の餌の報酬を時々関連付けるようにラットを訓練した後でした.
そのトレーニングは、ラットのグリッド セルの発火パターンを変更したようです。ニューロンは、報酬の場所の近くで発火し、水が排水管を渦巻くように、その位置の周囲のナビゲーション グリッドの間隔を縮小しました。グリッドの全体的な向き、つまり傾きも、まったく異なる空間的コンテキストに対応しているかのように回転しました。 (ラットが向いている方向に反応して発火する「頭部方向」細胞など、同じ脳領域の他の種類の細胞も回転しました。)
「これらすべての変化を組み合わせると、嗅内皮質がこの空間のまったく異なる地図を生成していることを実際に示しています」とジョコモは言いました。 「行動タスクの目標、または潜在的に動物の行動状態は、同じ空間位置の完全に新しいマップを駆動するのに十分です。」
さらに、チームは、動物が報酬の場所の近くにいると、グリッドセルがより頻繁に発火することを発見しました。嗅内皮質は、おそらく将来の報酬をより効率的に見つけられるようにするために、残りの領域よりもその小さなスペースの断片をより忠実に、より正確に表現しているように見えました.ジョンズ・ホプキンス大学のポスドク研究員で、この研究には関与していないマヌ・マダブ氏は、「ラットは、その表現を変更することで、その場所にもう少し簡単に移動できる可能性があります」と述べています。
一方、海の向こうにあるオーストリア科学技術研究所では、神経科学者の Jozsef Csicsvari の研究室グループが、この表現の変化を詳しく調べました。科学者たちは、報酬を入れることができる穴のあるプラットフォームでネズミを訓練しました。最初に、ラットは報酬なしでボード上で採餌しました。次に、特定の場所で 3 つの報酬を見つけるように訓練されました。最後に、彼らは報酬なしで再びボードに退場させられました.
Giocomo のグループと同様に、Csicsvari のグループも、報酬トレーニングの経験がラットのグリッド マップを変形させることを発見しました。彼らのグリッド セルは、発射ターゲットを報酬があった場所により近い位置に移動させました。そして、ターゲットが最初に報酬スポットに近ければ近いほど、彼らはより多く移動しました。グリッド セルの発見者によって記述された完全な六角形のタイル アレイは、もはやそれほど完璧には見えませんでした。
さらに、ラットが環境内に新しい報酬があることを最初に学習したとき、Csicsvari のチームは、2 つのマップ表現の間で「ちらつき」の遷移を観察しました。まるでラットの脳が、慣れるまでマップ間を行ったり来たりしているようです。単にあるグリッドから別のグリッドに着実に変化するのではなく、報酬の存在に。
それはすべて、「実際のグリッド セルは、ユークリッド空間だけでなく、はるかに多くのものをサポートしていることを示唆しています。たとえば、彼らは目標に関する情報を裏付けています」と、オスロ大学のシャーロット ボッカラ氏は述べています。 「それで次のことがわかります。グリッド セルとは何ですか?」
空間を整理するのではなく、「記憶の整理に関係しているように見えます」
新しい定義とより良い比喩
想像してみてください、とジョコモは言いました。冬の間、マウスは見つけられるあらゆるナッツやベリーを探し求めなければなりません。それは、森林の一部を見つける可能性のある部分の認識マップを持っています。ある夏、ねずみは大きないちご畑に出くわします。 「完全に異なるマップを持つことは有利かもしれません…そのイチゴのパッチを強調したり、誇張したりします」とGiocomo氏は言いました.
または、私たちが自分の生活の中でどのように場所を覚えているかを考えてみてください。たとえば、私たちは自宅と職場の場所を正確に知っていますが、毎日この 2 つの間を行き来するすべての店舗、公園、道路の正確な場所は知っていません。カリフォルニア大学サンフランシスコ校の神経科学者であるローレン・フランクは、「生物は何が重要で何が重要ではないかという感覚を持っており、それが世界のどこにあるかという感覚に重なっている」と語った。勉強。脳が「純粋」で、関連性や報酬の考慮によって汚染されていない空間の表現を持っていると考えるのは誤解である、と彼は付け加えた. 「これらのものは非常に密接に結びついており」、それほどきれいに切り離すことはできません.
これはまた、私たちがどのように記憶を形成するか、どの記憶を形成するかは、私たちが何をしようとしているのかに依存することを意味します.すべての思い出、場所、経験が同じように作られているわけではありません (または、少なくともそのようにエンコードされていません)。
そこには、嗅内地図を GPS やその他のナビゲーション ツールと比較する際の欠陥があります。 「私がスターバックスに向かっている場合と、散歩に出かけている場合とで、Google は別の地図を表示してくれません」と Giocomo 氏は言います。
彼女は、報酬の代わりに罰が与えられた場合に何が起こるか、そしてラットの動機が変化したときに何が起こるかを調査したいと考えています。たとえば、タスク中に空腹でない場合です。 「この研究は、空間の新しいマップを駆動できる手がかりを検討するという点で、まったく新しい領域を切り開きます」と彼女は言いました.
嗅内皮質の可塑性をより深く理解することは、老化、神経疾患、薬物中毒の結果として起こる (または起こらない) 再マッピングを研究者が理解するのに役立つ可能性があります。また、この脳システムがエンコードしている可能性のある、単純なナビゲーションを超えた、はるかに広範な行動のレパートリーを明らかにすることもできます。 「嗅内皮質は、空間と記憶の交差点において、これまで考えられていたよりもはるかに大きな役割を果たしています」と Giocomo 氏は述べています。
空間は測定が容易であるため、空間関係をコード化する際のグリッド セル活動の機能を特定することは、より簡単であると Boccara は示唆しています。 「しかし、実際には、それははるかに多くのことをしている可能性があります」と彼女は言いました.嗅内皮質のコーディング特性は、動物がどこにいるかだけでなく、何をしているかに基づいて変化します。課題が物理的な空間をナビゲートすることであるか、抽象的な思考や感覚的経験の精神的な「風景」をナビゲートすることであるかに関係なく、「コードはその空間に合わせて変化し、その空間でのタスクをより簡単にするようです」とマダブは言いました.
グリッド セルに関しては、「最初の定義が一般的であるように、最初の定義は非常に厳格でした」と Boccara 氏は述べています。しかし、その視点はその有用性を失ってしまったかもしれません。いよいよ先に進む時が来たのかもしれません。
編集者注:Lisa Giocomo による作品は、この編集的に独立した雑誌にも資金を提供しているシモンズ財団によって部分的に資金提供されています.
この記事はに転載されました TheAtlantic.com .
