神経リズムは記憶に影響を与える
脳は、刺激に反応して、そのシナプスの強さ（ニューロン間の接続）の変化を通じて学習します。現在、学習の脳メカニズムに関する従来の知識に挑戦する発見で、UCLA神経物理学者は、シナプス強度を変化させるための最適な脳の「リズム」または周波数があることを発見しました。
また、ラジオダイヤルのステーションと同様に、各シナプスは学習に最適な異なる周波数に調整されます。
研究者たちは、この発見が脳での学習の根底にあるメカニズムの統一理論につながる可能性があると信じています。これは、学習障害を治療するための新しい治療法につながる可能性のある発見です。
研究はジャーナルの現在の号に掲載されています 計算神経科学のフロンティア.
「多くの人が学習や記憶障害を抱えており、そのグループを超えて、私たちのほとんどはアインシュタインやモーツァルトではありません」と、この論文の筆頭著者であるMayank R. Mehta、Ph.D.は述べました。 「私たちの研究は、学習と記憶に関するいくつかの問題は、シナプスが適切な周波数に調整されていないことが原因であると示唆しています。」
刺激に反応したシナプスの強さの変化（シナプス可塑性として知られています）は、いわゆる「スパイクトレイン」、つまりさまざまな周波数とタイミングで発生する一連の神経信号によって引き起こされます。
以前の実験では、非常に高い周波数範囲で数百の連続したスパイクを使用して可塑性を誘導していました。ただし、ニューロンは数百ではなく約10の連続したスパイクのみを発射するため、実際の行動タスク中に脳が活性化される場合は、これは当てはまりません。そして、それははるかに低い周波数で行われます。通常、毎秒50スパイクの範囲です。
これまで、研究者たちはより自然に発生するレベルをシミュレートする実験を行うことができませんでした。
新しい研究では、Mehtaと共同執筆者であるArvind Kumar博士が、実験データを使用して開発および検証した高度な数学モデルを使用して、これらの測定値を初めて取得することができました。
MehtaとKumarは、以前に想定されていたものとは逆に、自然に発生するスパイクパターンでシナプスを刺激する場合、最高周波数でニューロンを刺激することがシナプス強度を高める最善の方法ではないことを発見しました。
「驚いたことに、最適な周波数を超えると、周波数が高くなるにつれてシナプスの強化が実際に低下することがわかりました。」
シナプスが最大の学習に好ましい頻度を持っているという知識は、研究者がニューロン上のシナプスの位置に基づいて最適な頻度を比較することを導きました。
ニューロンは木のような形をしており、核は木の基部であり、樹状突起は広範な枝に似ており、シナプスはそれらの枝の葉に似ています。
MehtaとKumarが、シナプスが樹状突起のどこにあるかに基づいてシナプス学習を比較したところ、彼らが見つけたことは重要でした。シナプス学習を誘発する最適な頻度は、シナプスがどこにあるかによって異なりました。シナプスがニューロンの細胞体から離れているほど、最適な周波数は高くなります。
「信じられないことに、学習に関しては、ニューロンは巨大なアンテナのように振る舞い、樹枝状突起の異なる枝が最大の学習のために異なる周波数に調整されています」とMehta氏は言いました。
研究者たちは、各シナプスが最適な学習を達成するための優先頻度を持っているだけでなく、最高の効果を得るために、頻度が完全なリズムである必要があることを発見しました—正確な間隔でタイミングをとってください。最適な周波数であっても、リズムが失われた場合、シナプスの学習は大幅に減少しました。
彼らの研究はまた、シナプスが学習すると、その最適な周波数が変化することを示しました。つまり、ナイーブシナプス（まだ何も学習していないシナプス）の最適な周波数が、たとえば1秒あたり30スパイクだった場合、学習後、非常に同じシナプスがより低い周波数で最適に学習します（1秒あたり24スパイクなど）。 。したがって、学習自体がシナプスの最適な頻度を変更します。
この学習誘発性の「離調」プロセスは、心的外傷後ストレス障害などの忘却に関連する障害の治療に重要な影響を与えると研究者らは述べた。
さらに多くの研究が必要ですが、この発見は、学習障害または記憶障害を持つ人々の脳のリズムを「再調整」する薬が開発される可能性、または最適な脳のリズムが提供された場合、私たちの多くがアインシュタインまたはモーツァルトになる可能性を高めます各シナプスに。
「私たちはすでに、脳のリズムを変える可能性のある薬物や電気刺激があることを知っています」とメタは言った。 「私たちの調査結果は、これらのツールを使用して、学習を強化するために最適な脳のリズムを対象の接続に提供できることを示唆しています。」
出典：UCLA
