記憶の見方

この研究は、より一般的な場所とメカニズムを特定した、これまでの記憶研究からの劇的な出発を意味します。 「げっ歯類とヒトの結果が今、本当に一緒になっています」と、カナダ・トロントのホスピタル・フォー・シック・チルドレンの神経科学者シーナ・ジョセリン氏は言います。 「エングラムの探索

単一の記憶の物理的痕跡は、エングラムとも呼ばれ、長い間捕捉を免れてきた。 アメリカの心理学者カール・ラシュリーは、いち早くそれを追求し、そのキャリアの多くをこの探求に捧げました。 1916年頃から、彼はラットに単純な迷路を走らせる訓練を施し、脳の外側の表面である大脳皮質の塊を破壊した。 そして、ラットを再び迷路に走らせた。 しかし、破壊された脳組織にはほとんど変化がない。 しかし、ラットの記憶の物理的な位置は、何年たってもわからないままであった。 1950年に彼の野心的な使命を総括して、ラッシュレイは次のように書いている2。「記憶の痕跡の局在に関する証拠を検討する中で、学習は不可能であるという結論が必要だと感じることがある」

記憶とは、脳のどの領域にも属さない高度な分散プロセスであることが判明したのである。 そして、異なるタイプの記憶には、異なる領域のセットが関与している。 海馬のような記憶の符号化と取り出しに重要な多くの構造は、皮質の外側にあるのですが、ラシュレイはそれらをほとんど見逃していました。 現在、神経科学者の多くは、ある体験がこれらの領域の細胞の一部を発火させ、遺伝子発現を変化させ、新しい結合を形成し、既存の結合の強さを変化させ、その変化が集合的に記憶を保存させると考えている。 現在の理論では、これらのニューロンが再び発火し、過去の経験に関連する活動パターンが再生されるときに、記憶がよみがえるのです。 しかし、ニューロンのグループがどのように特定の情報を保存し、取り出すかについて、より高度な理論を検証することは、まだ困難である。 この10年間で、動物の特定のニューロンを標識し、活性化し、沈黙させる新しい技術によって、研究者はどのニューロンが1つの記憶を構成しているかを正確に特定できるようになった（「記憶を操作する」参照）。

Josselyn は、マウスでエングラム ニューロンを捕らえる初期の研究においてこの波をリードしました3。 2009 年、彼女と彼女のチームは、扁桃体 (恐怖の処理に関与する領域) の一部の細胞で CREB と呼ばれる重要な記憶タンパク質のレベルを上げ、マウスが聴覚の音と足の衝撃との恐怖の関連性を学習し、後にそれを思い出したときに、それらのニューロンが特に発火しやすいことを明らかにしました。 研究チームは、このCREBが活性化した細胞が恐怖のエングラムに不可欠な要素であるならば、この細胞を除去すれば、音に関連した記憶が消え、動物が音に対して抱く恐怖も取り除けるだろうと考えたのだ。 そこで研究チームは、CREBレベルが増加したニューロンを毒素で殺したところ、動物は恐怖を永久に忘れることができた。

数ヵ月後、カリフォルニア大学ロサンゼルス校のアルシノ・シルヴァのグループも、CREB過剰産生ニューロンを生化学的に阻害することによってマウスの恐怖記憶を抑制し、同様の結果を達成した4。 その過程で、CREBを多く持つ細胞は、隣接する細胞よりも常に電気的興奮状態にあることも判明した。このことは、入ってくる経験を記録する準備が整っていることを説明するものであろう。 「これと並行して、私たちの研究室では、細胞がエングラムの一部となる特定のルールが存在するという、まったく新しい発見をしました」とシルバは言う。

しかし、この種の記憶抑制研究は、エングラムの半分しか描き出していない。 科学者たちが実際にエングラムを見ていることを疑いなく証明するためには、要求に応じて記憶も作り出す必要があったのです。 2012年、ケンブリッジにあるマサチューセッツ工科大学の利根川進のグループは、まさにそれを可能にするシステムの構築を報告した。

より広いブラシ

ヒトにおける脳画像技術の進歩により、研究者はエングラムを構成する脳全体の活動にズームアウトして見ることができるようになった。 最も広く使われている技術である機能的磁気共鳴画像法（fMRI）では、単一のニューロンを分解することはできませんが、代わりに異なる脳領域にわたる活動のブロブを示します。 従来、fMRIは、さまざまなタスクに最も強く反応する領域を抽出するために用いられてきた。 しかし近年、強力な解析により、人が特定の経験を思い出すときに現れる、脳全体の活動の特徴的なパターン（シグネチャー）が明らかになってきた。 ペンシルバニア大学（フィラデルフィア）の神経科学者マイケル・カハナは、「これは認知神経科学における最も重要な革命の一つです」と言う。

マルチボクセルパターン解析（MVPA）と呼ばれる技術の開発が、この革命の触媒となった。 脳のデコーディングと呼ばれることもあるこの統計的手法は、通常、fMRIデータをコンピュータのアルゴリズムに送り込み、特定の思考や経験に関連する神経パターンを自動的に学習させるものである。 現在、テネシー州ナッシュビルにあるヴァンダービルト大学の神経科学者であるショーン・ポリンは、2005年、大学院生として、MVPAを人間の記憶に初めて適用する画期的な研究を主導した9。 彼の実験では、ボランティアは有名人や場所、一般的な物の写真について研究した。 その後、被験者がスキャナーに横たわり、思い出せるものをすべて挙げると、それぞれの回答の数秒前に、カテゴリー固有の神経シグネチャーが再び現れたのである。 例えば、有名人を挙げる前には、顔を処理する皮質の領域が活性化するなど、「有名人らしい」活動パターンが出現した。 これは、人が特定の記憶を呼び起こすとき、脳がその情報を符号化したときの状態を再訪することを示す最初の直接的証拠となった。 「非常に重要な論文でした」とチェンは言う。 「それ以来、チェン教授と他の研究者たちは、記憶をより正確に解読するための技術を改良してきた。 チェン氏のシャーロック研究の場合、彼女のグループは、オープニング・エピソードの50のシーンにおける脳活動のパターンが、互いに明確に区別できることを発見した。 海馬の近くや、後内側皮質などの高レベル処理センターで、研究者たちは、各人が後でエピソードを語るときに、同じ場面観賞パターンが展開されることを確認しました。 さらに、この番組を見たことはないが、他の人の話を聞いたことがある人たちにも、同様の脳活動が観察された10。「異なる人々が同じ場面を思い出し、それを自分の言葉で説明し、思い出したい方法で思い出しているときに、同じ指紋が見られるのは驚きでした」と、チェン教授は語る。 この結果は、脳は、記憶、概念、複雑な認知を処理する高次の領域においても、予想以上に人により類似して組織化されている可能性を示唆しています。

記憶の融合

新しい技術によってエングラムを垣間見ることができるようになると、研究者は個々の記憶がどのように形成されるかだけではなく、記憶が互いに作用し、時間とともにどのように変化するかを研究し始めることができるようになります。

ニューヨーク大学では、神経科学者のライラ・ダバチが、MVPAを使用して、重複する内容を共有する記憶を脳がどのように仕分けるかを研究しています。 彼女の研究室の当時大学院生だったアレクサ・トンパリーとの2017年の研究で、ダバチはボランティアに128個の物体の写真を見せ、それぞれが4つのシーンのうちの1つと対になっていました–たとえば、ビーチのシーンはマグカップと、次にキーボードが現れ、街並みは傘と対になっていました、などです。 各オブジェクトは1つのシーンにしか登場しないが、同じシーンには多くの異なるオブジェクトが登場する11。 当初、ボランティアがオブジェクトを対応するシーンにマッチさせると、それぞれのオブジェクトが異なる脳活性化パターンを引き起こした。 しかし、1週間後、この想起課題中の神経パターンは、同じ情景と対になった物体でより似てきた。 脳は、共有された情景情報に従って記憶を再編成していたのだ。 このクラスタリングは、情報の “要点 “を学習し始めたことを表しているのかもしれません」とダバチは言う。

これらの発見は、個々の記憶を世界についてのより一般的な考えと結びつける神経生物学的メカニズムのいくつかを示唆している。 「私たちの記憶は、情報のポケットや島々だけではないのです」とジョセリンは言う。 “我々は実際に概念を構築し、それらの間に共通のスレッドを持つものを一緒にリンクします。” しかし、この柔軟性の代償として、誤った記憶や欠陥のある記憶が形成される可能性があります。 シルヴァのマウスは、無害なケージに対する記憶が、別のケージに対する恐怖の記憶とあまりに近い時期に形成されたために、そのケージを怖がるようになったのである。 一つの経験を抽象的な概念や新しいアイデアに外挿することは、個々の記憶の細部を失う危険性がある。 そして、人は個々の記憶を取り出す際に、それらがリンクしたり、混同したりすることがある。 「記憶は安定した現象ではないのです」とプレストンは言う。

研究者たちは現在、特定の記憶が時間とともにどのように進化していくのか、また、記憶を呼び起こすときにどのように修正され、歪められ、さらには再現されるのかを探りたいのです。 また、動物の個々のエングラムニューロンを識別し操作できるようになったことで、これまで検証が困難であった、細胞がどのように情報を保存し提供するかについての理論が補強されると期待されています。 「これらの理論は古くからあるもので、実に直感的なものですが、その背後にあるメカニズムはわかっていませんでした」とプレストンは言う。 特に、特定の記憶に不可欠な個々のニューロンを特定することで、主要なニューロンが情報を獲得、回復、喪失する際の細胞プロセスをより詳細に研究することができる。 「私たちは今、ある種の黄金時代にいます」とジョセリンは言う。 「これだけの技術があれば、古くからある疑問も解決できるのです」。