マウスのバーチャルリアリティ調査は記憶に新しい手がかりを与えます

バーチャルリアリティと脳の画像処理を組み込んだ新しい研究手法を使用して、意思決定で使用される短期記憶を脳がどのように形成するかを学習しています。

プリンストン大学の研究者たちは、ラットが仮想迷路を交渉する際に研究しました。マウスの脳活動を追跡することにより、彼らは脳が記憶を保持しているときのニューロン活動の連続パターンを発見しました。

以前の研究は、ニューロンの集団が記憶期間中に互いに類似したパターンで発火するという考えに集中していました。

調査結果は、「ワーキングメモリー」中に脳で何が起こるかを明らかにします。心は、それに作用したり、他の情報と統合する前に、短期間に情報を保存します。

ワーキングメモリーは、推論、理解、学習の中心的な要素です。統合失調症などの特定の脳障害は、作業記憶の障害を伴うと考えられています。

「このような研究は、正常な脳のワーキングメモリー中の神経活動の基本原理を理解することを目的としています。しかし、この研究は将来、作業記憶の障害を伴う脳障害で活動がどのように変化するかを研究者が理解するのに役立つ可能性があります」と研究者のデイビッドタンク博士は述べた。

この研究では、連続したニューロン発火のパターンは、報酬を求めて迷路をナビゲートしたときにマウスが左または右に回転するかどうかに対応していました。プリンストンの研究者たちは、さまざまなパターンがマウスによるさまざまな決定に対応していることを発見した。

連続したニューロンの発火パターンは、マウスが記憶を形成し、それを保存し、どの方向を向くかを決定するのにかかったおよそ10秒の期間に及びました。この期間中、ニューロンの異なるサブセットが順番に発火することが観察されました。

研究者たちは、この発見は、脳が記憶を保存し、意思決定を行う方法に関する多くの既存のモデルと対照的であると言います。

左折シーケンスと右折シーケンスの一意性は、脳のイメージング実験により、研究者が基本的に「マインドリーディング」の単純な形式を実行できることを意味しました。研究者は、マウスが迷路を走る初期段階で脳の活動を画像化して調べることにより、生成される神経活動シーケンスを特定し、実際に回転が始まる数秒前にマウスがどの方向に回転するかを確実に予測できました。

新しい研究で発見された神経活動のシーケンスは、後頭頂葉皮質と呼ばれる脳の一部で発生します。サルと人間での以前の研究は、後頭頂葉皮質が運動計画、空間的注意と意思決定に重要な脳の一部であることを示しています。

新しい研究はマウスでそれを分析する最初のものです。 「マウスをモデルシステムとして使用することで、複雑な認知プロセスのメカニズムを理解するために強力な遺伝的アプローチを利用できるようになることを願っています」と共著者のChristopher Harvey博士は述べています。

この研究のユニークな側面は、従来の物理的な迷路ではなく、仮想現実を使用して迷路を作成することでした。このアプローチは、過去数年間、Tank labで開発されてきました。

マウスは頭を空間に固定したまま、球形のトレッドミルの表面を歩いて走りました。これは脳のイメージングに理想的です。仮想環境のコンピューターで生成されたビューは、トレッドミルを囲む広角スクリーンに投影されました。マウスの歩行と回転によって生成された球体の動きは、ボールの赤道上の光学センサーによって検出され、仮想環境での動きをシミュレートするために視覚表示を変更するために使用されました。

脳をイメージングするために、研究者たちは、ニューロンの集団を視覚化し、発火を記録するために、赤外線レーザー光を使用して表面の下を深く見る光学顕微鏡を採用しました。

イメージングシステムとカルシウムセンサーを組み合わせたバーチャルリアリティシステムにより、研究者は作業中の脳で発火する個々のニューロンの集団を確認できました。 「コンピューターを開けて、すべての信号を調べて、どのように機能するかを理解しているようなものです」とTankは言いました。

研究者たちは、脳には数十億のニューロンが密に詰め込まれているため、細胞分解能測定と呼ばれる個々のニューロンの集団の研究が困難であることを認めています。

タンクラボが開発した機器は、被験者が起きているときに脳内の個々のニューロンのグループの発火を記録できる数少ない機器の1つです。人間の脳機能のほとんどの研究では、数千のニューロンの活動を平均化する磁気共鳴画像（MRI）などのツールを使用して、脳の全領域の活動を研究します。

「このデータは、少なくとも何らかの形の短期記憶が、情報を一方から他方に渡す一連のニューロンに基づいていることを明確に明らかにしています。一種の「神経バケット旅団」でした」と述べた神経科学者のChristof Koch調査には関与していません。

研究はジャーナルでオンラインで公開されています 自然.

出典：プリンストン大学