つながる脳科学

ニューロンの働き

記憶とニューロンの発火

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この20年ほどの研究によって、記憶のメカニズムが細胞レベルで解明されつつある。まずは記憶とは何かについて考察していく。

目の前に起こっている一連の出来事を覚えることを「エピソード記憶」という。脳内にある「海馬」は、記憶を作ったり取り出したりすることに関係する。もし海馬が壊れていれば、エピソード記憶を作ることが困難になり、自分がどこで何をしていたのかがわからなくなる。

記憶したことを思い出すことを「想起」という。ある経験をすると、脳内ではニューロン(神経細胞)が発火する。発火はやがておさまるが、それ以降何らかの刺激がきっかけとなってニューロンが再び発火すると、そのとき経験したことを思い出す。また、ある出来事を記憶すると、脳内に物理的・化学的変化が起こる。この変化を「記憶のエングラム(痕跡)」という。そして、そのエングラムを保持するニューロン群を「エングラムセル」と呼ぶ。

マウスを用いた研究では「オプトジェネティクス」という光照射の技術によって、ニューロン群の発火を人為的に制御することが可能になった。研究で用いるのは「トランスジェニックマウス」というマウスだ。このマウスは、ある探索行動をした際に、「チャネルロドプシン」という光を感知するタンパク質が海馬のニューロン群に発現する仕組みを持つ。このマウスをあるケージに入れてしばらく内部を探索させ、床に軽く電気を流すとマウスは驚いてフリーズする。そして、このケージは危険だという記憶が形成される。

こうした「恐怖記憶」に対応したエングラムセルは、チャネルロドプシンによってマウスの脳内で標識されている。このマウスを別のケージに移し、同様に探索させてからマウスの海馬に光を当てると、電気が流れていないにもかかわらずマウスはフリーズする。チャネルロドプシンが発現したニューロン群、つまり恐怖記憶に関するエングラムセルが発火して、電気ショックを受けた記憶が想起されるからである。

こうしてニューロンレベルで記憶を人為的に操作する方法が開発された。将来的には、エングラムセルを安全に発火させる技術を開発し、うつやアルツハイマー病などのさまざまな脳疾患の治療につなげていくことが期待されている。

場所細胞と空間認識

人間の脳の中には、地図やカーナビのようなシステムがある。神経生理学者のジョン・オキーフ博士は、1970年代に空間情報をつかさどる「場所細胞」と呼ばれるニューロンを発見した人物だ。

オキーフ博士は、空間を自由に動き回っているラットを用いて、海馬のニューロンの活動パターンを観察した。その結果、あるニューロンはケージの左上の隅に来たときだけ発火し、別のニューロンは右上の隅に来たときだけ発火することが判明した。つまり、場所特異的に活動するニューロン、場所細胞がたくさん集まることですべての空間をカバーできるようになるということである。場所細胞は地図のように機能するニューロン群である。

さらに研究が進むと、ラットが目的地に到達してから休憩しているときに、経路の逆順で場所細胞たちが発火するという現象が見つかった。