時間の感覚は、私たちが世界を理解し、思い出し、世界と関わる上で基本的なものです。会話から車の運転まで、さまざまな作業では、物事にどれくらいの時間がかかるかを思い出し、認識する必要があります。これは、私たちの思考の表面下で絶えず行われている複雑ですが、大部分は無意識の計算です。
現在、ユタ大学保健学部の研究者らは、マウスにおいて、タイミングが重要な複雑な行動を学習するには、特定の「時間細胞」の集団が不可欠であることを発見した。時計の秒針のように、時間細胞は短い時間間隔を測るために順番に発火する。
しかし、研究者らは、時間細胞は単なる時計ではないことを発見した。動物が時間の異なる出来事を区別することを学ぶにつれて、時間細胞の活動パターンが変化し、それぞれの出来事のパターンを異なる方法で表すようになる。この発見は、最終的には、時間感覚に影響を与えるアルツハイマー病などの神経変性疾患の早期発見に役立つ可能性がある。
この新しい研究は、 ネイチャーニューロサイエンス。
マウスコード
研究者たちは、複雑な時間ベースの学習課題と高度な脳画像を組み合わせることで、マウスが学習するにつれて時間細胞の活動パターンがより複雑になるのを観察することができました。研究者たちはまず、イベントのタイミングの違いを学習することが重要な試験を設定しました。報酬を得るために、マウスは、非常に単純なモールス信号を学習するのと同じように、タイミングが変化する匂い刺激のパターンを区別することを学習する必要がありました。
マウスが学習する前と学習した後、研究者らは最先端の顕微鏡を使用して、個々の時間細胞がリアルタイムで発火する様子を観察しました。最初、マウスの時間細胞はあらゆるパターンの匂い刺激に対して同じように反応しました。しかし、異なるタイミングの刺激パターンを学習するにつれて、マウスは各パターンのイベントに対して異なるパターンの時間細胞の活動を発達させました。
注目すべきことに、マウスが間違った答えを出した試行中、研究者たちはマウスの時間細胞が間違った順序で発火することが多いことを観察できた。これは、時間細胞の活動の正しい順序が時間ベースのタスクを実行する上で重要であることを示唆している。
時間細胞は、試験中の特定の瞬間に活性化するはずです。しかし、マウスがミスをすると、その選択的な活動が乱れてしまいます。」
ユタ大学スペンサー・フォックス・エクルズ医学部の神経生物学博士研究員であり、本研究の共同筆頭著者であるヒョンウー・リー博士
ストップウォッチだけじゃない
驚くべきことに、時間細胞は単に時間を追跡する以上の複雑な役割を果たしていると、神経生物学の大学院研究助手でこの研究の共同筆頭著者であるエリン・ビガス氏は述べた。研究者らが時間細胞を含む脳領域、内側嗅内皮質 (MEC) の活動を一時的にブロックしたところ、マウスは依然としてイベントのタイミングを認識し、予測することさえできた。しかし、マウスは複雑な時間関連のタスクを一から学ぶことはできなかった。「MEC は、どんな単純な状況でも時間を追跡するために必要な、本当に単純なストップウォッチのようには機能していません」とビガス氏は述べた。「その役割は、これらのより複雑な時間関係を実際に学習することにあるようです。」
興味深いことに、MEC に関する以前の研究では、空間情報の学習や「メンタル マップ」の構築にも関与していることが判明しています。新しい研究では、時間ベースのタスクを学習する際に発生する脳活動のパターンが、空間学習に関連する以前に観察されたパターンといくつかの類似点を示していることに研究者は気付きました。両方のパターンの側面は、動物が積極的に学習していないときでも持続します。
さらなる研究が必要だが、研究者らによると、これらの結果は、脳が空間と時間を基本的に同様の方法で処理できることを示唆しているという。「嗅内皮質は、距離を追跡する走行距離計と経過時間を追跡する時計の両方の役割を果たす可能性があると私たちは考えています」と、神経生物学助教授でこの研究の主任著者であるジェームズ・ヘイズ博士は述べた。
「これらは、アルツハイマー病のような神経変性疾患によって最初に影響を受ける脳の領域です。私たちは、複雑なタイミング行動タスクがアルツハイマー病の早期発症を検出する有用な方法であるかどうかを調査することに興味を持っています。」 – ジェームズ・ヘイズ
研究者らは、脳が時間をどのように処理するかを知ることは、最終的にはアルツハイマー病などの神経変性疾患の検出に役立つ可能性があると述べている。MEC はアルツハイマー病が最初に影響を及ぼす脳の領域の一つであり、複雑な時間測定タスクが病気を早期に発見する方法となる可能性があることを示唆している。
この研究は、「内側嗅内皮質は、柔軟で文脈依存的な間隔タイミング行動の学習において特殊な役割を果たす」と題して発表されました。
ホワイトホール財団、脳行動研究財団、国立衛生研究所、国立科学財団から支援を受けました。
ソース：
ジャーナル参照:
ビガス、ER、 その他（2024）。内側嗅内皮質は文脈依存的な間隔タイミング行動の学習を仲介する。 ネイチャーニューロサイエンス。 doi.org/10.1038/s41593-024-01683-7。
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#研究は複雑な行動学習における時間細胞の重要な役割を示している
2024-06-19 15:30:00