UCLAヘルスが主導した画期的な研究により、神経科学における根本的な謎の一つ、つまり人間の脳が時間と経験の流れをどのようにコード化し、理解するかが解明され始めた。
この研究は、ジャーナルに掲載された。 自然人間の個々のニューロンの活動を直接記録し、特定の種類の脳細胞が、人の経験の順序と構造をほぼ反映した方法で発火することを発見しました。彼らは、脳が経験の終了後もこれらの独自の発火パターンを保持し、安静時にそれらを迅速に再生できることを発見しました。さらに、脳はこれらの学習したパターンを利用して、その経験の後の将来の刺激に備えることもできます。これらの発見は、特定の脳細胞が「何」と「いつ」の情報を統合して、時間の経過とともに経験の表現を抽出して保持する方法に関する最初の経験的証拠を提供します。
この研究の主任著者であるイツァーク・フリード博士は、この研究結果は記憶力やその他の認知機能を高める神経補助装置の開発に役立つ可能性があるほか、人工知能による人間の脳の認知機能の理解にも影響を与える可能性があると述べた。
「長期間にわたる経験からパターンを認識することは、人間の脳が記憶を形成し、将来の潜在的な結果を予測し、行動を導くために非常に重要です」と、UCLAヘルスのてんかん外科部長であり、UCLAデイビッド・ゲフィン医学部の神経外科、精神医学、生物行動科学の教授であるフリード氏は述べた。「しかし、このプロセスが脳内で細胞レベルでどのように実行されるかは、これまで不明でした。」
フリード博士による研究を含むこれまでの研究では、脳の記録と神経画像化を用いて脳が空間ナビゲーションを処理する仕組みを理解し、動物と人間のモデルで、海馬と嗅内皮質という脳の 2 つの領域が重要な役割を果たしていることを示しました。記憶機能に重要なこの 2 つの脳領域は、相互作用して「認知マップ」を作成します。海馬ニューロンは、動物が特定の場所にいることを示す「場所細胞」として機能し、地図上の「X」に似ています。一方、嗅内皮質ニューロンは、空間距離の測定基準を提供する「グリッド細胞」として機能します。最初にげっ歯類で発見されたこれらの細胞は、後にフリード博士のグループによって人間でも発見されました。
さらなる研究により、同様の神経活動が時間、音の周波数、物体の特性などの非空間的な経験を表すために機能することがわかった。フリード氏と彼の同僚による独創的な発見は、人間の海馬と嗅内皮質にある「概念細胞」が特定の個人、場所、または明確な物体に反応し、私たちの記憶能力の基礎となっているというものだ。
脳が時間内にどのように事象を処理するかを調べるため、UCLA の研究では、臨床治療のために脳に深部電極を埋め込んだ経験のある難治性てんかん患者 17 名を募集しました。
研究者らは、行動課題、パターン認識、画像シーケンスを含む複雑な手順を参加者が受けている間の神経活動を記録しました。
参加者はまず、初期スクリーニングセクションを受け、約 40 分間にわたり、約 120 枚の人物、動物、物体、ランドマークの画像がコンピューター上で繰り返し提示された。参加者は、画像に人物が写っているかどうかを判断するなど、さまざまなタスクを実行するよう指示された。有名な俳優、ミュージシャン、場所などの画像は、参加者の好みに基づいて部分的に選択された。
これに続いて、参加者はピラミッド型グラフのさまざまな場所に任意に表示された画像に応じて行動課題を実行する 3 段階の実験を受けました。参加者ごとに 6 つの画像が選択されました。
最初のフェーズでは、画像は疑似ランダムな順序で表示されました。次のフェーズでは、ピラミッド グラフ上の位置によって画像の順序が決定されました。最後のフェーズは最初のフェーズと同じでした。これらの画像を見ながら、参加者はピラミッド グラフ上の画像の位置とは関係のないさまざまな行動タスクを実行するように求められました。これらのタスクには、画像が男性を示しているか女性を示しているかを判断することや、特定の画像が前のフェーズと比較して反転しているかどうかを判断することなどが含まれていました。
フリード氏と彼の同僚は分析の中で、海馬嗅内皮質ニューロンが徐々に変化し、ピラミッドグラフ上の画像の順序に密接に活動を調整し始めたことを発見した。フリード氏によると、これらのパターンは自然に形成され、参加者に直接指示を与えることはなかったという。さらに、ニューロンのパターンは、次に起こる刺激の確率を反映しており、タスクが完了した後もコード化されたパターンを保持していた。
この研究の筆頭著者はパウェル・タチコフスキ氏で、共著者はグルダムラ・カレンダー氏とダヴィデ・チリベルティ氏です。
「この研究は、脳が空間と時間という一見非常に異なる種類の情報を表現するのに類似したメカニズムをどのように使っているかを初めて示しています」とフリード氏は述べた。「時間における物体の軌跡の表現が人間の海馬嗅内皮質系にどのように組み込まれるかを神経レベルで実証しました。」
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#人間の経験をコード化する研究により脳細胞が時間の流れを計算する方法が明らかに
2024-09-25 16:52:39