記憶は、記憶に値する新しい出来事を脳が認識するのに役立ちます。 クアンタマガジン

思い出は過去の影であると同時に、未来への懐中電灯でもあります。

私たちの回想は私たちを世界へと導き、注意を調整し、その後の人生で学ぶことを形作ります。 人間と動物の研究は、記憶が将来の出来事に対する私たちの認識や、それに対する私たちの注意を変える可能性があることを示しています。 「私たちは過去の経験が物事を変えることを知っています」と述べた ローレン・フランク、カリフォルニア大学サンフランシスコ校の神経科学者。 「それがどのように正確に起こるのかは必ずしも明らかではありません。」

ジャーナルに掲載された新しい研究 科学の進歩 答えの一部を提供します。 研究者らはカタツムリを使って、確立された記憶によってどのようにしてカタツムリが無視していたかもしれない関連する将来の出来事について新たな長期記憶を形成する可能性が高くなるかを調べた。 彼らが発見した単純なメカニズムは、これらの出来事に対するカタツムリの認識を変えることによってこれを実現しました。

研究者らは、過去の学習が将来の学習にどのような影響を与えるかという現象を「単一の細胞にまで」落とし込んだと述べた。 デヴィッド・グランツマンカリフォルニア大学ロサンゼルス校の細胞生物学者だが、この研究には関与していない。 彼はこれを「単純な生物を使って、かなり複雑な行動現象を理解しようとする」魅力的な例だと述べた。

カタツムリはかなり単純な生き物ですが、この新しい洞察により、科学者たちは人間のような高等動物の長期記憶の神経基盤の理解に一歩近づきました。

私たちはその課題に気づいていないことが多いですが、長期記憶の形成は「信じられないほど精力的なプロセス」であると博士は言います。 マイケル・クロスリー、サセックス大学の上級研究員であり、新しい研究の筆頭著者です。 このような記憶は、私たちがニューロン間により耐久性のあるシナプス結合を形成することに依存しており、そのために脳細胞は多くの分子を補充する必要があります。 したがって、リソースを節約するために、脳は、記憶を形成するのにコストを費やす価値がある場合と、そうでない場合を区別できなければなりません。 それは人間の脳であっても、「エネルギー予算が限られている小さなカタツムリ」の脳であっても、それは当てはまります、と彼は言いました。

最近のビデオ通話で、クロスリーさんは親指ほどの大きさのカタツムリを差し出した。 リムナエア 彼が「美しい」と呼んだ脳を持つ軟体動物。 人間の脳には 86 億個のニューロンがあるのに対し、カタツムリのニューロンは 20,000 個しかありません。しかし、そのニューロンのそれぞれは人間のニューロンの 10 倍大きく、研究にははるかにアクセスしやすいです。 これらの巨大なニューロンとそのうまくマッピングされた脳回路により、カタツムリは神経生物学研究の人気の対象となっています。

クロスリー氏によると、この小さな採集者は、一度触れただけで何かを思い出すことができる「優れた学習者」でもあるという。 新しい研究では、研究者らはカタツムリの脳を深く覗き込み、カタツムリが記憶を獲得する際に神経学的レベルで何が起こっているのかを解明した。

思い出をなだめる

実験では、研究者らはカタツムリに強い訓練と弱い訓練というXNUMXつの形態を与えた。 激しい訓練中、彼らは最初にカタツムリにバナナ風味の水をスプレーしました。カタツムリはそれをその魅力において中立的なものとして扱いました。カタツムリは一部を飲み込みましたが、その後一部を吐き出しました。 その後、研究チームはカタツムリに砂糖を与え、カタツムリはそれを貪欲に食べました。

一日後カタツムリをテストしたところ、カタツムリはその一度の経験からバナナの風味と砂糖を関連付けることを学習したことが示されました。 カタツムリはその風味をより望ましいものとして認識しているようで、水を飲み込む意欲がはるかに高まりました。

対照的に、カタツムリは、ココナッツ風味のお風呂に入った後に、さらに薄めた砂糖のおやつを飲むという弱いトレーニングセッションからは、このポジティブな関連性を学習しませんでした。 カタツムリは水を飲み込んだり吐き出したりし続けました。

これまでのところ、この実験は本質的には、犬が鐘の音を聞くとよだれを垂らすことを学ぶというパブロフの有名な条件付け実験のカタツムリバージョンだった。 しかし科学者たちは、カタツムリにバナナ風味で強い訓練をさせ、数時間後にココナッツ風味で弱い訓練を行ったときに何が起こったのかを調べた。 突然、カタツムリも弱い訓練から学びました。

研究者らが順序を入れ替えて最初に弱いトレーニングを行ったところ、やはり記憶を与えることができなかった。 カタツムリは依然として強力な訓練の記憶を形成していますが、それは以前の経験に遡及的な強化効果をもたらしませんでした。 強トレーニングと弱トレーニングで使用するフレーバーを交換しても効果はありませんでした。

科学者らは、強力な訓練によりカタツムリは記憶形成の閾値が低くなる「学習が豊富な」時期に押し込まれ、そうでなければ学べないこと（味と味の間の弱い訓練の関連など）を学ぶことができるようになったと結論付けた。薄砂糖）。 このようなメカニズムは、脳が適切なタイミングで学習にリソースを振り向けるのに役立つ可能性がある。 カタツムリは食べ物によって、近くにある潜在的な食料源に対してさらに警戒するようになる可能性があります。 危険にさらされると、脅威に対する敏感さが鋭くなる可能性があります。

しかし、カタツムリに対する効果は一時的でした。 学習が豊富な期間は、強力なトレーニングの後、わずか 30 分から XNUMX 時間しか続きませんでした。 その後、カタツムリは弱いトレーニングセッション中に長期記憶を形成しなくなりました。それは強いトレーニングを忘れたからではありませんでした。その記憶は何か月も持続しました。

学習を強化するための重要なウィンドウを設けることは理にかなっています。なぜなら、このプロセスがオフにならないと「動物にとって有害になる可能性があるからです」とクロスリー氏は言います。 そうなると、動物は学習に多大なリソースを投資するだけでなく、生存に有害な関連性を学習する可能性があります。

認識の変化

研究者らは、電極を使って調べることで、カタツムリが訓練による長期記憶を形成する際に脳内で何が起こっているのかを解明した。 脳の活動に XNUMX つの微調整が並行して発生します。 XNUMX つ目はメモリ自体をエンコードします。 XNUMXつ目は「純粋に動物の他の出来事に対する認識を変えることに関係している」とクロスリー氏は言う。 「過去の経験に基づいて世界の見方を変える」。

彼らはまた、唾を吐く行動を活性化するニューロンによって生成される脳内化学物質であるドーパミンの効果をブロックすることで、カタツムリの知覚に同じ変化を引き起こすことができることも発見した。 実際、それは吐き出すためのニューロンをオンにし、飲み込むためのニューロンを常にオンにしたままにしました。 この経験には、前の実験で強い訓練を受けた場合と同じ持ち越し効果がありました。数時間後、カタツムリは弱い訓練の長期記憶を形成しました。

研究者らは、「過去の記憶と新しい記憶の間の相互作用の行動から電気生理学的基礎」に至るプロセスを徹底的かつエレガントに計画していると述べた。 ペドロ・ジェイコブ、オックスフォード大学の博士研究員ですが、この研究には関与していませんでした。 「これがどのように機構的に起こるのかを知ることは興味深いことです。なぜなら、それはおそらく種を超えて保存されているからです。」

しかし、フランクは、カタツムリが弱い訓練の後にフレーバーウォーターを摂取できなかったということは、カタツムリがその水からの記憶を持っていないことを意味するということを完全に確信しているわけではありません。 記憶はあっても、それに基づいて行動できないこともあるので、その区別をするには追跡実験が必要になるかもしれない、と同氏は述べた。

学習と記憶の背後にあるメカニズムは、軟体動物と人間などの哺乳類で驚くほど似ているとグランツマン氏は述べた。 著者らの知る限り、この正確なメカニズムは人間では示されていない、とクロスリー氏は述べた。 「これは広く保存されている特徴である可能性があるため、さらなる注目に値するものである可能性があります」と彼は述べた。

認識の変化をより永続的にできるかどうかを研究することは興味深いだろうとグランツマン氏は語った。 彼は、カタツムリに、好きなものの代わりに気分が悪くなるような嫌悪感のある刺激を与えれば、これが可能になるのではないかと考えています。

今のところ、クロスリー氏と彼のチームは、これらのカタツムリが単に口を開けたり閉じたりするだけでなく、複数の行動を行ったときに脳内で何が起こっているのかに興味を持っています。 「これらは非常に魅力的な生き物です」とクロスリー氏は言う。 「これらの動物がこのような複雑なプロセスを実行できるとは、実際には期待できません。」

編集者注: ローレン・フランクは、サイモンズ財団の自閉症研究イニシアチブ (SFARI) の研究者です。 シモンズ財団も資金提供しています クアンタ 編集上独立した雑誌として。 資金調達の決定は当社の補償範囲には影響しません。