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、「生物学で物事を壊すのは非常に簡単です。 「それらをより良く機能させるのは本当に難しいです。」
しかし予想に反して、ニューヨーク大学医学部の研究者はこの夏の初めに、脳内の動的信号の長さをいじることによって実験動物の記憶を改善したと報告しました。この信号は、フランクのような神経科学者を何十年も魅了してきました。 .この偉業はそれ自体が刺激的であり、いつか人々の記憶力を高める可能性もあります。しかし、それはまた、記憶についてのより包括的な考え方を示しており、神経イベントの持続時間に根ざした重要な手がかりを特定し、記憶がどのように機能するかをより深く理解する道を開く可能性があります.
1980 年代以来、科学者たちは、海馬と呼ばれる脳領域の同期した神経活動の短いバーストに注意を向けてきました。ブランダイス大学の神経科学者であるシャンタヌ・ジャダブ氏によると、この活動は複雑なカスケード状の電気パターンで構成されており、記録すると「爆発のように聞こえる」とのことです。発見以来、これらの「鋭い波の波紋」は記憶と関連付けられてきました。これは、以前の経験の断片をすばやく再生するかのように、ニューロンが以前の発火パターンを加速したサージで突然複製するときに発生するためです。彼らは動物が眠っているときにそうします。おそらく、新しく得た知識を長期保存のために統合するためです.
時間が経つにつれて、鋭い波のさざなみは、受動的な記憶の統合の単なる兆候ではないことが明らかになりました。また、記憶の検索や新しい推論を導くための記憶の使用など、よりアクティブな記憶ベースのプロセスにも関与しています。昼寝時間を支配する海馬の花火は、起きているが何もせず不注意な動物、決断の危機に瀕している動物、新しい環境を探索している動物でも頻繁に発生します。テキサス大学サウスウェスタン医療センターの神経科学者であるブラッド・ファイファー氏は、「波紋の情報内容は、以前に起こったことの真の再生である可能性があります」と述べています。
つまり、鋭い波の波紋は、「脳内の記憶がどのように見えるかを想像するように見えました...または、過去の経験に基づいて、将来の可能性のある経験の探求のように見えました」とフランクは言いました.いずれにせよ、波紋は「脳内の学習を促進する重要な部分であり、新しいことを学習する脳の重要な側面であると考えられました」 — 記憶が取り得る多くの形態の「認知バイオマーカー」.
Frank、Jadhav、およびその同僚は、2012 年に電気パルスを使用して、トライデントの頭に似た 3 本の迷路をナビゲートすることを学習しているラットの鋭い波のさざ波を妨害したときに、その考えを固めました。動物が迷路の外側の腕の 1 つにいるとき、報酬を得るために中央に戻らなければなりませんでした。中腕にあるときは、以前に右に行くことを選択した場合は左に、以前に左に行くことを選択した場合は右に行かなければなりませんでした.リップル干渉は、タスクの最初の部分でラットのパフォーマンスに影響を与えませんでした。開始点に戻るだけでした。しかし、それにより、外腕への経路を切り替える能力が著しく低下しました。これは、右または左に移動する以前の決定を思い出す必要がある作業の一部です。
現在、神経科学者のGyörgy Buzsákiが率いる研究者は、鋭い波のさざなみが記憶に役割を果たしているという肯定的な証拠を最終的に提示しました.ラットのさざ波を人工的に延長すると、フランクのグループが使用したのと同じ記憶課題でのパフォーマンスが向上しました.この作品は Science に掲載されました
「彼らが実際に存在する活動パターンを増幅することによって学習をスピードアップする方法を思いついたという事実は、本当に創造的で効果的だったと思います」とフランクは言いました。 」
しかし、この成果は、研究者が実際には考慮していなかった波紋の特徴、つまり波の長さの重要性も浮き彫りにしています。科学者たちは以前、海馬で最も自然に発生する波紋が約 10 分の 1 秒しか持続しないことを観察していましたが、それを超えて持続するものはごくわずかでした。に関連します。ミネソタ大学の神経科学者である A. David Redish 氏は、この研究には参加していませんが、「人々は鋭い波紋の長さが異なることを知っていましたが、以前はランダムだと思っていたと思います」と述べています。
実際、この種の歪んだ分布は、脳内の複数のスケールにわたって現れています。たとえば、ニューロンの発火率、シナプスの強度、軸索の伝導速度などです。専門家は一般に、「動的システムで競合する要件間のバランスが取れる」と考えており、これにより安定性や堅牢性が向上する可能性があると Buzsáki 氏は述べています。しかし、彼と彼のチームは、それが特に鋭い波紋に何を意味するのかをより深く掘り下げることにしました.
ラットが新しい環境に入ったとき、たとえば、最初に三叉の迷路をナビゲートし始めたとき、研究者は、長いさざ波の数が通常よりも多くなる傾向があることに気付きました。動物が同じ環境に繰り返しさらされるにつれて、波紋はますます持続しなくなりました。他の実験的比較でも同じ結論に達しました。より長い波紋は、より大きな記憶や認知負荷を必要とするタスクに関連している可能性があります。 「まるで、『もっと長い鋭い波紋が必要だ』という内部プロセスがあるようです」とレディッシュは言いました。
Buzsáki と彼の同僚が光で脳を刺激して波紋を長持ちさせたところ、他の関連するニューロンがパターンに参加することがわかりました。海馬は、より多くのシーケンスを再生しているように見えました — この場合、迷路を通るラットの以前のルートに関するより多くの情報を反映して、「旅全体を表示しています」と Buzsáki は言いました。
「さざ波を伸ばすと、実際には軌道が再び活性化されます」とジャダブは言いました。 「これは、利用可能なすべてのパスを想像するためのメカニズムである可能性が高い」と、ラットは選択する必要があります。
全体として、これは「鋭い波のさざなみの長さが重要である」ことを示しています、と Redish は言いました。 「それはその中で処理される情報に関連しており、より多くの情報を処理している鋭い波の波紋は、記憶に必要です。」
現在、研究者は以前の研究に戻って、波紋の長さが記憶メカニズムに関する新しい視点を提供するかどうかを確認できます。 Redish は、鋭い波のさざなみがラットの神経状態を特徴付け、新しい精神的つながりを形成していることを以前に発見していました。後から考えると、それらの波紋も長かったと彼は言いました。 「したがって、これらのより長い鋭い波のさざ波も、より良いリンク機能に関与している可能性があります。」
しかし、そのような可能性はまた、他のさまざまな疑問を提起します - 短い波紋が何をしているのか、波紋の長さがより遠い記憶や将来の計画と関係があるのか 、長い波紋と短い波紋は脳の外側の領域と異なる相互作用をするのか.海馬。 (Buzsáki は現在、最後の調査を開始しています。)
フランクとブザキがそれを研究するために使用した鋭い波のさざ波に焦点を当てることは、記憶についてのさまざまな考え方を網羅しているため、興味深いものです。 「記憶は過去のものであり、計画と想像力は未来のものであるというすべての区別があります」と、脳の 1 つの領域がアクティブな短期記憶を担当し、別の脳領域が「オフライン」の長期記憶を担当していると、Buzsáki 氏は述べています。 「しかし、脳はこのようには機能しないかもしれません。これらのものを分離するのは簡単ではありません。」
おそらく、「より一般的な用語で」記憶を研究するための議論がなされるだろう、と彼は付け加えた.
記憶をどのように定義し、どのように研究するのが最善かということになると、「私たちが何をしているのかをまだ知っている分野だとは必ずしも思いません」とフランクは言いました. 「私たちはまだ暗闇の中でつまずいている。」しかし、これらの波及活動の爆発の中で、おそらく何らかの光明が見られるでしょう.
編集者注:ローレン フランク の作品は、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。
