時間の経過とともに私たちの脳がどのように記憶を整理するかを見る
私たちの記憶の組織化に関する研究は、これが認知障害を逆転させるための治療につながる可能性があることを考えると、神経科学者の間の魅力のトピックでした。ここでは、空間ナビゲーションにおける神経活動の協調「波」の重要性と、リンクされたメモリのエンコード方法の基礎となる時間的性質を示す、メモリの編成方法に関する最近のいくつかの調査結果を確認します。
この目的のために、ここで説明する結果は、私たちの記憶の形成と統合における、そしてひいてはアイデンティティの感覚における、海馬-脳の記憶中枢-の重要で可変的な役割を強調しています。
脳の神経細胞の「オーケストラ」を実行する：心の目の空間マップ
マウスの場合、環境をナビゲートしているときにスペースのマップはどのように更新および生成されますか？最近の研究では、科学者が初めて、マウスの脳のCA1中央海馬領域がこのマップの原因であり、これが近くの脳領域からの神経波入力を介して発生することを報告しています。これを実証するために、CA1の近くにある海馬領域CA3は、その入力がオフになるように操作されました。実際、入力が停止されたとき、更新されたマップのかなりの乱れがありました。
この研究では、CA3を脳の他の領域に接続するシナプス結合の機能を停止させるCA3で毒素を発現するようにマウスを遺伝子操作しました。これによりニューロンの活動は変化しませんが、シナプス間のコミュニケーションが取り除かれ、科学者はCA3入力が除去されたときにCA1の空間マップに何が起こるかを調査することができました。
次に、マウスがトラック上を走っている間に、個々のニューロンからの電流と、ニューロンのより大きなグループからの電流（ローカルフィールドポテンシャルと呼ばれます）が記録されました。その後、科学者は各シータサイクル、またはマウスの活動によって決定される海馬の神経空間マップが更新された時間を測定できます。
トランスジェニックマウスはナビゲーションタスクを実行するのに困難はなく、単一のニューロン信号は空間情報を正確に表すことができましたが、重要な発見は、グローバルな人口レベルでこれらのニューロン信号の編成に明確なエラーがあったことです。これを説明する簡単な例えは、CA3からCA1への入力を削除してもニューラルの「音楽」が変更されず、代わりに「指揮者」が削除されたことです。
この研究は、プレースセルのアンサンブル（空間ナビゲーションに関与する海馬ニューロンの一種）を接続する回路と、それらがどのように更新されるかを明らかにした最初の研究です。具体的には、CA3入力を削除すると、空間位置を予測する機能が妨げられます。これは、時間の経過とともに記憶を整理できるようにするために、ニューロンが順番に活性化することの重要性を強調しています。
ここで、神経の「オーケストラ」にはCA3入力の形の「指揮者」が必要であり、海馬の個々のニューロンでは機能する空間のマップを生成するには不十分であることがわかります。これは、ニューロンのコーディングを決定する戦略の相互依存性を強調しています。特に、CA3からCA1への通信に典型的な神経振動が著しく減少しました。そのような混乱が以前にアルツハイマー病などの神経変性疾患に関連付けられていることを考えると、脳のリズムの組織化への将来の取り組みにより、そのような疾患における脳の回路構成の理解が向上する可能性があります。
年齢を重ねるにつれて関連する記憶のつながりが失われる–これを元に戻すことはできますか？
別の研究では、科学者のグループが小さな顕微鏡（Miniscopeと呼ばれます）を使用して、ミニチュアウィンドウを通して脳を観察し、脳の記憶が時間の経過とともにどのように関連しているかを調査しました。このような関係は年齢とともに徐々に弱まりますが、これらの科学者は、中年のマウスの脳で別の記憶を再接続できるようにする方法を作成することができました。重要なことに、これは加齢性認知症患者の治療への発展の大きな可能性を秘めています。
この研究で使用されたヘッドマウントミニスコープにより、科学者はマウスが自由に動くことができるように脳で発火するニューロンを視覚化することができました。この研究では3つのユニークなボックスが使用され、研究の最初の部分には若いマウスが含まれていました。ここでは、各マウスをセッションごとに10分間3つすべてに配置しました。 1番目と2番目のボックスの配置は1週間離れていましたが、2番目と3番目のボックスの配置は5時間しか離れていませんでした。さらに、マウスは3番目のボックスでショックを受けました。
2日後、各マウスを3つのボックスすべてに戻しました。当然のことながら、マウスは3番目のボックスの特性を認識すると恐怖で凍りつきました。ただし、興味深いのは、2番目のボックスにマウスを置いたときに、以前にこのボックスで衝撃が加えられていなかったにもかかわらず、マウスがフリーズしたことです。これは、ショックの記憶が3番目のボックスから5時間前に行われた2番目のボックスの経験に転送されたことを示唆しています。
その後、中年のマウスを用いて、5時間おきに2つのボックスを使用して同様の実験を行い、2番目のボックスにショックを与えました。これらの古いマウスは、ショックを受けた2番目のボックスでのみ凍結し、最初のボックスでは凍結しなかったことがわかりました。この点で、Miniscopeは2つのメモリがリンクされておらず、代わりに別々にエンコードされた神経回路を持っていることを発見しました。より驚くべきことに、これは老化がニューロンが興奮して記憶をエンコードする能力を弱めたことを示しました。
おそらくこの研究で最もエキサイティングな発見は、これらの失われた接続が実際に救われる可能性があるということでした。次の一連の実験では、最初のボックスにマウスを置く前に、科学者はまず海馬の領域のニューロンを興奮させました。次に、マウスを第1および第2の箱に入れ、2日後にフットショックを行いました。最初のボックスに再導入すると、マウスは2番目のボックスのショックを最初のボックスにリンクしたときに凍結しました。これは、ニューロンの興奮性の強化が、年齢に関連した記憶リンクの悪化を救ったことを意味します。
過去の経験が新しい記憶の形成方法に影響を与え、将来の意思決定プロセスに影響を与えることを考えると、記憶は実際には孤立して発生しないことに特に注意してください。願わくば、この分野の研究が、いつの日か、記憶をつなぎ、保持する能力の向上という点で、加齢に伴う認知機能低下の人々を助けることになるでしょう。
参考文献
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このゲスト記事は元々、受賞歴のある健康と科学のブログと脳をテーマにしたコミュニティ、BrainBlogger：脳はどのようにして時を超えて記憶を整理するのですか？
