人間の記憶はどのように形成され、取り戻されるのでしょうか?これまでで最も明確な証拠が明らかになりました!

執筆者: 劉芳

編集者：黄山

レイアウト: 李雪偉

『50回目のファースト・キス』でドリュー・バリモアが演じた記憶喪失の少女を覚えていますか？

交通事故のせいで、彼女は翌日太陽が昇ると前日に起こったことをすべて忘れてしまうため、アダム・サンドラーは彼女が毎日また恋に落ちるように50の初恋を与えなければなりませんでした。

これは非常にロマンチックな話のように聞こえますが、エピソード記憶機能を失った人にとって、忘れることは個人的な苦痛です。

では、人間はどのようにしてエピソード記憶を統合するのでしょうか?私たちが過去を思い出すとき、脳内ではどのような活動が起こっているのでしょうか?

写真 | 50回目のファースト・デートの静止画

テキサス大学サウスウェスタン校ピーター・オドネル・ジュニア・ブライアン研究所の研究者らは、人間の脳の海馬にエピソード記憶の想起に重要な役割を果たす103個の特殊なニューロンを発見した。この研究結果は、外傷性脳損傷（TBI）、アルツハイマー病、気分障害などの症状を持つ患者に効果をもたらす可能性のある、新たな脳深部刺激（DBS）療法への道を示すものとなる可能性がある。

12月15日には、関連論文が「ヒト内側側頭葉のニューロンはエピソード記憶処理中に複数の時間的コンテキストを追跡する」というタイトルでサイエンス・ダイレクト誌に掲載される予定だ。

論文の主執筆者の一人であるブラッドリー・レガ博士は、「これは記憶がどのように形成され、取り戻されるかに関するこれまでで最も明確な証拠だ」と語った。

人間の脳におけるエピソード記憶の探究

まず、エピソード記憶とは何かを理解しましょう。

エピソード記憶とは、特定の時間と場所で起こる個人的な経験の記憶を指します。初めてのキスの記憶や、クリスマスに友達と飲んだお酒などは、エピソード記憶の例です。対照的に、意味記憶は、私たちの脳が保存できる一般的な情報と事実を指します。

エピソード記憶は遠隔記憶のカテゴリーに属し、人間の最も高度で成熟した記憶システムです。大量の実験的証拠は、脳の内側側頭葉 (MTL) がエピソード処理において重要な役割を果たしていることを示しています。脳の MTL 構造は、海馬とその周辺領域 (海馬傍回、嗅内皮質、嗅覚辺縁皮質) で構成されています。後頭葉、頭頂葉、側頭葉、前頭葉から感覚情報を収集し、その情報を統合して処理します。

記憶の符号化と検索実験の模式図 |出典：論文

この実験のために、神経科学者らはトーマス・ジェファーソン大学病院（TJUH）とテキサス大学サウスウェスタン校（UTSW）で難治性てんかんと診断された患者27人を募集した。手術の前に、てんかん焦点を見つけるために脳に微小電極を埋め込む必要があり、これにより科学者はエピソード記憶の符号化パターンを研究するための神経細胞レベルでの実験データを得ることができる。

記憶符号化実験は単語連想課題で、308 種類の英語の名詞が画面に表示されました。

各単語は実験中に一度だけ表示され、画面上に 1.6 秒間表示されました。その後、被験者は干渉期間に入りました。

研究者は被験者の注意をそらすためにランダムにいくつかの算数の問題を与えます。それから、素晴らしい記憶回復タイムに入ります。被験者は、これら 308 個のつかの間の英語名詞を思い出すように求められました。研究者らは、ニューロンの電極記録に基づいて、最終的に脳の海馬と嗅内皮質に 103 個の「後続記憶効果」(SME) ニューロンを特定しました。これらのニューロンの放電頻度は、エンコードが成功したときに顕著な特徴を示しました。そのうち、前部海馬ニューロンが51個（49.5％）、後部海馬ニューロンが31個（30.1％）、中部または未特定海馬ニューロンが4個（3.9％）、嗅内皮質ニューロンが17個（16.5％）でした。

SME ニューロン図 |出典：論文

記憶のエンコードが成功すると、これら 103 個の記憶に敏感なニューロンの活動が増加します。

これらのニューロンは、被験者が記憶を呼び起こそうとしたとき、特に大量の詳細を思い出そうとしたときに、同じ発火パターンを生み出しました。言い換えれば、被験者が単語をエンコードしているときの内側側頭葉のニューロンの発火頻度は、単語を思い出すときの発火頻度と非常に一致しており、エンコードパターンは単語ごとに異なっていました。

記憶と幻覚を区別する鍵

この結果は、人間の脳の「連続記憶効果」理論を神経レベルで裏付けるものであり、つまり、脳の神経系、特に内側側頭葉構造と前頭葉の活動によって、経験した出来事を正しく思い出せるかどうかをある程度予測でき、成功した記憶と失敗した記憶に対応する脳の活動は大きく異なるというものである。

興味深いことに、記憶にとって重要なのは、単語の意味ではなく、単語が現れる順序でした。

神経科学では、これは時間的クラスター効果と呼ばれ、脳が時間的に隣接する情報をエンコードする傾向があることを意味します。したがって、私たちが過去をうまく思い出すとき、私たちは通常、出来事の前後の状況にも感銘を受けます。対照的に、今回発見された103個の記憶感受性ニューロンは、異なる意味タイプの記憶がどのように取り出されるかを予測できなかった。この目的のために、研究者たちは実験で与えられた単語の意味情報を定量化するために、Wikipedia から 10 万件の文書を具体的に探し出しました。

著者らは、これは実験設定で被験者がカテゴリー別に記憶を思い出す必要がなかったためか、意味に敏感なニューロンの活動が側頭葉や前頭前野など脳のMTL領域の外側にあるためである可能性があると考えています。

(出典: UT サウスウェスタン ピーター・オドネル・ジュニア・ブライアン研究所のウェブサイト)

さらに、この研究では、記憶の想起を司るニューロンの発火タイミングが、脳内の他のニューロンの発火タイミングと異なることも人間の脳で初めて発見されました。彼らはこの現象を「位相オフセット」と名付けました。

研究者たちは、この「位相差」によって記憶と現実をはっきりと区別できると考えている。

ブラッドリー・レガ博士は次のように語った。「私たちの研究結果は、新しい記憶を体験しているのではなく、過去の記憶を思い出しているのだとどうやってわかるのかという疑問に重要な光を当てています。」

この発見はアルツハイマー病や統合失調症の患者にとって特に重要である。

テキサス大学サウスウェスタン校の精神医学教授、キャロル・タミンガ氏は、統合失調症患者が記憶と幻覚を区別できない根本的な原因は海馬の機能不全にあると語り、「統合失調症患者などの幻覚や妄想は、実際には損傷を受けた実際の記憶です。それらは『通常の』記憶と同様に神経記憶システムによって処理されます。この『位相差』メカニズムをどのように利用してこれらの損傷した記憶を修正するかを理解することが重要なのです」と語った。

近い将来、この大きな発見が幻覚や現実に悩む人々の助けとなることを願っています。

(出典: UT サウスウェスタン ピーター・オドネル・ジュニア・ブライアン研究所のウェブサイト)

参考文献:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1053811921009629?via%3Dihub

https://www.sciencedaily.com/releases/2021/12/211206215953.htm

http://icanbrainlab.bnu.edu.cn/webpic/image/20180910/20180910175322.pdf

出典: アカデミックヘッドライン