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新しい都市での休暇の初日、探検により無数の個別の場所を知ることができます。これらのスポット（静かな脇道にある美しい庭園など）の思い出はすぐに消えないように感じますが、新しい観光客を同じ場所に誘導し、さらにはあなたが見つけたカフェに誘導するのに十分な近所の直感を得るまでに数日かかるかもしれません近く。マサチューセッツ工科大学ピコワー学習記憶研究所の神経科学者らによるマウスの新たな研究は、脳が空間全体の凝集した認知マップをどのように形成するかについて新たな証拠を提供し、その過程における睡眠の極めて重要性を浮き彫りにした。
科学者たちは、脳が海馬と呼ばれる領域のニューロンを特定の場所の記憶に充てていることを何十年も前から知っていました。いわゆる「場所細胞」は、ニューロンが記憶するように調整された場所に動物がいると確実に活性化します。しかし、特定の空間のマーカーを用意するよりも、連続した全体的な地理の中でそれらすべてがどのように関係しているかについてのメンタル モデルを持つことの方が便利です。このような「認知マップ」は 1948 年に正式に理論化されましたが、神経科学者たちは脳がどのように認知マップを構築するのかについては未だに不明のままです。新しい ～の12月号で学ぶ セルレポート この能力は、個々の位置にわずかに同調しているだけだが、海馬による空間全体のコード化の堅牢性と洗練性を高める細胞の活動における、数日間にわたる微妙だが意味のある変化に依存している可能性があることを発見した。研究の分析によると、睡眠とともに、これらの「空間力の弱い」細胞が海馬の神経ネットワーク活動をますます強化し、これらの場所を認知マップに結びつける。
「初日には、脳は空間をあまりうまく表現できません」と、筆頭著者であり、主任著者の研究室の研究員であるウェイ・グオ氏は言う。 マシュー・ウィルソンピコワー研究所とマサチューセッツ工科大学の生物学部、脳科学部、認知科学部のシャーマン・フェアチャイルド教授。 「ニューロンは個々の位置を表しますが、一緒になって地図を形成するわけではありません。しかし、5日目には彼らは地図を形成します。地図が必要な場合は、これらすべてのニューロンが連携してアンサンブルとして機能する必要があります。」
マウスマッピング迷路
この研究を実施するために、Guo氏とWilson氏は、研究室メイトのJie “Jack” Zhang氏とJonathan Newman氏とともに、マウスをさまざまな形の単純な迷路に導入し、数日間、1日約30分間自由に探索させた。重要なのは、マウスは報酬の提供を通じて特定のことを学ぶように指示されていないことです。彼らはたださまよっただけだ。これまでの研究では、マウスはこの種の報われない経験から数日後に自然に空間の「潜在学習」を示すことが示されている。
記録の分析により、場所の細胞の活動が即座に発達し、数日間の探索にわたって強力かつ変化しないことが示されました。しかし、このアクティビティだけでは、潜在学習や認知マップが数日間でどのように進化するかを説明できません。そのため、科学者が場所細胞の強力で明確な活動のみに焦点を当てている他の多くの研究とは異なり、Guo 氏は、空間的にそれほど強く調整されていない細胞のより微妙で神秘的な活動に分析を拡張しました。
「空間性の強い細胞のように特定の位置には反応しないが、空間性の弱い細胞は『精神的な位置』、つまり他の細胞の特定のアンサンブル発火パターンに反応することに特化している」と研究著者らは書いている。 「弱い空間細胞の精神領域が、異なる位置をコード化する強い空間細胞の 2 つのサブセットを包含する場合、この弱い空間細胞はこれらの位置間の橋渡しとして機能することができます。」
言い換えれば、弱い空間細胞の活動は、場所細胞によって表される個々の位置を心の地図につなぎ合わせる可能性があります。
睡眠の必要性
ウィルソンの研究室や他の多くの研究によると、記憶は睡眠中や休息中に起こる再生などの神経活動によって統合され、洗練され、処理されることが示されています。そこでGuo氏とWilson氏のチームは、認知マップの潜在的な学習に対する弱い空間細胞の寄与に睡眠が必要かどうかをテストしようとした。
これを行うために、彼らは、同じ日に 3 時間の昼寝を挟んで、数匹のマウスに新しい迷路を探索させました。一部のマウスは眠らせましたが、一部のマウスは眠らせませんでした。睡眠をとった人はメンタルマップの大幅な改善を示しましたが、睡眠を許可されなかった人はそのような改善を示さなかったのです。マップのネットワークエンコーディングが改善されただけでなく、睡眠中の個々の細胞の調整の測定により、細胞がネットワーク活動の場所とパターン、いわゆる「精神的な場所」または「フィールド」の両方によりよく同調するのに役立つことが示されました。 」
メンタルマップの意味
マウスが数日間かけてコード化した「認知地図」は文字通りの正確な迷路地図ではなかった、とGuo氏は指摘する。むしろ、それらは回路図に似ていました。それらの価値は、物理空間にいなくても精神的に探索できるトポロジーを脳に提供することです。たとえば、ホテルの周囲の認知地図を作成したら、翌朝の小旅行の計画を立てることができます（たとえば、数ブロック西にあるパン屋でクロワッサンを手に取り、パン屋でそれを食べるところを想像することができます）川沿いの公園で見かけたベンチの一部）。
実際、ウィルソンは、弱い空間細胞の活動が、地図に追加の意味をもたらす顕著な非空間情報を重ね合わせている可能性があると仮説を立てました（つまり、パン屋のアイデアは、たとえ特定の場所と密接に関連しているとしても、空間的ではありません）。しかし、この研究には迷路内に目印は含まれておらず、マウス間の特定の行動もテストされなかった。しかし今回の研究で、空間認識力の弱い細胞が地図作成に有意義に寄与していることが判明したため、今後の研究でそれらの細胞が動物の環境感覚にどのような種類の情報を組み込んでいるかを調査できるとウィルソン氏は述べた。私たちは直観的に、自分たちが住んでいる空間を単なる個別の場所の集合以上のものとみなしているようです。
「この研究では、我々は動物の自然な行動に焦点を当て、自由探索行動とその後の睡眠中、強化がない場合でも、アンサンブルレベルでの実質的な神経可塑性変化が依然として発生することを実証した」と著者らは結論付けた。 「この暗黙的かつ教師なし学習の形式は、人間の学習と知性の重要な側面を構成しており、さらに詳細な調査が必要です。」
参照： 郭 W、張 JJ、ニューマン JP、ウィルソン MA。潜在学習は、異なる CA1 部分集団における睡眠依存の可塑性を促進します。 セルレポート。 2024;43(12):115028。土井： 10.1016/j.cellrep.2024.115028
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#睡眠はナビゲーションのための心の地図を構築するのに役立ちます
2025-01-13 10:00:00