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2025-01-16 07:21:00
50年近く前、神経科学者は脳の海馬内に特定の場所の記憶を保存する細胞を発見した。これらの細胞は、エピソード記憶として知られる出来事の記憶を保存する際にも重要な役割を果たします。場所細胞が空間記憶をどのようにコード化するかというメカニズムはよく解明されているが、それらがどのようにエピソード記憶をコード化するかは依然として謎のままである。
MITの研究者が開発した新しいモデルは、空間要素がない場合でも、それらの場所の細胞がエピソード記憶を形成するためにどのように動員されるかを説明している。このモデルによると、場所細胞は、嗅内皮質に見られるグリッド細胞とともに、記憶を一連のリンクとして固定するために使用できる足場として機能します。
「このモデルは、嗅内海馬のエピソード記憶回路の最初の草案モデルです。これは、エピソード記憶の性質を理解するために構築する基礎です。それが私が本当に興奮していることです」と、Ila Fiete教授は述べています。 MIT の脳と認知科学の博士号を取得し、MIT マクガバン脳研究所のメンバーであり、この新しい研究の主任著者でもあります。
このモデルは、大容量の記憶容量、古い記憶の段階的な劣化、記憶競争に参加する人々が膨大な量の情報を「記憶の宮殿」に保存する能力など、生物学的記憶システムのいくつかの特徴を正確に再現しています。
MIT 研究科学者の Sarthak Chandra 氏と Sugandha Sharma PhD ’24 がこの研究の筆頭著者であり、本日発表された 自然。カリフォルニア大学デービス校の助教授であるリシデフ・チョードリ氏もこの論文の著者である。
思い出のインデックス
空間記憶をエンコードするには、海馬内の細胞をグリッド細胞と密接に連携させます。グリッド細胞は、多くの異なる場所で発火し、三角形を繰り返す規則的なパターンで幾何学的に配置された特殊なタイプのニューロンです。グリッド セルの集団が集まって、物理空間を表す三角形の格子を形成します。
これらの海馬-嗅内回路は、私たちが行った場所を思い出すのに役立つだけでなく、新しい場所をナビゲートするのにも役立ちます。人間の患者からは、これらの回路がエピソード記憶の形成にも重要であることが知られています。エピソード記憶は空間的な要素もあるかもしれませんが、主に前回の誕生日をどのように祝ったか、昨日の昼食に何を食べたかなどの出来事で構成されています。
「同じ海馬と嗅内回路は空間記憶だけでなく、一般的なエピソード記憶にも使用されます」とフィーテ氏は言う。 「あなたが尋ねることができる質問は、空間記憶とエピソード記憶の間にはどのような関係があり、それらが同じ回路内で生きているのかということです。」
この機能の重複を説明するために 2 つの仮説が提案されています。 1つは、食物がどこにあったか、または捕食者がどこで目撃されたかを思い出すなど、空間記憶の種類の記憶は生存にとって重要であるため、回路が空間記憶を保存するのに特化しているということです。この仮説に基づいて、この回路は空間記憶の副産物としてエピソード記憶をエンコードします。
別の仮説では、この回路はエピソード記憶の保存に特化しているが、位置は多くのエピソード記憶の 1 つの側面であるため、空間記憶もエンコードしていると考えられます。
この研究で、Fieteらは3番目の選択肢を提案した。つまり、グリッド細胞の独特なタイル構造と海馬との相互作用は、エピソード記憶と空間記憶の両方のタイプの記憶にとって同様に重要であるというものだ。新しいモデルを開発するために、彼女の研究室が過去 10 年間にわたって開発してきた計算モデルに基づいて構築されました。このモデルは、グリッド セルが空間情報をエンコードする方法を模倣しています。
「私たちは、グリッド細胞の回路の仕組みをある程度理解できたように感じるところまで到達しました。そこで、グリッド細胞と海馬を含むより大きな回路との間の相互作用を理解しようとする時期が来たと感じたのです」とフィーテ氏は言う。 。
新しいモデルでは、研究者らは、海馬細胞と相互作用するグリッド細胞が、空間記憶またはエピソード記憶を保存するための足場として機能する可能性があると仮説を立てた。グリッド内の各活性化パターンは「ウェル」を定義し、これらのウェルは一定の間隔で配置されます。ウェルには特定の記憶の内容が保存されませんが、それぞれが海馬と感覚皮質の間のシナプスに保存されている特定の記憶へのポインターとして機能します。
後で断片的な断片から記憶がトリガーされると、グリッドと海馬細胞の相互作用によって回路状態が最も近いウェルに駆動され、ウェルの底にある状態が感覚皮質の適切な部分に接続されて記憶の詳細が埋められます。 。感覚皮質は海馬よりもはるかに大きく、膨大な量の記憶を保存できます。
「概念的には、海馬をポインターネットワークとして考えることができます。これは、部分的な入力からパターンを完成させることができるインデックスのようなもので、そのインデックスは、それらの入力が最初に経験された感覚皮質を指します。」とフィエテ氏は述べています。と言う。 「スキャフォールドにはコンテンツは含まれておらず、抽象的なスキャフォールド状態のインデックスのみが含まれています。」
さらに、連続して発生するイベントは相互にリンクすることができます。グリッド細胞と海馬のネットワーク内の各ウェルには、次のウェルを活性化するために必要な情報が効率的に保存され、記憶が正しい順序で呼び戻されるようになります。
記憶の崖と宮殿のモデリング
ホップフィールド ネットワークは、ニューロン間の接続を強化することで記憶がどのように形成されるかについての洞察を提供しますが、生物学的記憶がどのように機能するかを完全にモデル化しているわけではありません。ホップフィールド モデルでは、容量に達するまで、すべての記憶が完全に詳細に呼び戻されます。その時点で、新しい記憶は形成できなくなり、さらに悪いことに、さらに記憶を追加しようとすると、以前の記憶がすべて消去されてしまいます。この「記憶の崖」は、新しい記憶が継続的に追加される一方で、古い記憶の詳細を徐々に忘れる傾向がある生物学的な脳で起こっていることを正確に模倣しているわけではありません。
新しい MIT モデルは、げっ歯類がさまざまな環境で探索し採餌する際に行われた、げっ歯類の格子細胞と海馬細胞の数十年にわたる記録から得られた知見を捉えています。また、記憶宮殿として知られる暗記戦略の基礎となるメカニズムを説明するのにも役立ちます。記憶力コンテストのタスクの 1 つは、1 つまたは複数のカード デッキのシャッフルされたカードの順序を記憶することです。彼らは通常、各カードを記憶の宮殿の特定の場所、つまり子供時代の家やよく知っている環境の記憶に割り当てることによってこれを行います。カードを思い出す必要があるとき、彼らは頭の中で家の中を歩き回り、その場にある各カードを視覚化しながら進みます。直観に反しますが、カードと場所を関連付けるための記憶の負担が加わると、思い出す力がより強くなり、信頼性が高まります。
MITチームの計算モデルはそのようなタスクを非常にうまく実行することができ、記憶宮殿は入力を海馬の足場と関連付けるという記憶回路独自の戦略を利用していることを示唆しているが、そのレベルは1つ下である：長期にわたって獲得された記憶がより大きな感覚器官で再構築される大脳皮質は新しい記憶の足場として機能するようになります。これにより、他の方法で可能となるよりも多くの項目をシーケンス内で保存および呼び出しできるようになります。
研究者らは現在、そのモデルを構築して、エピソード記憶が皮質の「意味論的」記憶、つまり記憶を獲得した特定の文脈（たとえば、パリはフランスの首都）から解離した事実の記憶にどのように変換されるかを調査することを計画している。 、エピソードがどのように定義されるか、そして脳のような記憶モデルが現代の機械学習にどのように統合されるかについて。
この研究は、米国海軍研究局、ロバスト インテリジェンス プログラムに基づく国立科学財団、ARO-MURI 賞、サイモンズ財団、および K. リサ ヤン ICoN センターから資金提供を受けました。
ソース：
参考雑誌:
チャンドラ、S. 他。 (2025) 海馬の空間足場からのエピソード記憶と連想記憶。 自然。 doi.org/10.1038/s41586-024-08392-y。
#研究者らがグリッドセルを介したエピソードエンコーディングの計算モデルを開発