富山大,記憶と神経細胞集団の仕組みを光遺伝学で解明

JST戦略的創造研究推進事業の一環として,富山大学はマウスで個別に形成された記憶同士が繰り返し同時に思い出されるような場合に,脳内のある特定の神経細胞集団がそれぞれの記憶同士を結びつけていることを初めて明らかにした(ニュースリリース)。

私たちは脳に蓄えられているさまざまな記憶情報を関連づけることで,知識や概念を形成していく。それぞれの記憶は特定の神経細胞集団(記憶痕跡細胞集団)によって脳内に蓄えられており,記憶同士が関連づけられるときには,それぞれの記憶を司る細胞集団同士が重複すると報告されているが,重複した細胞集団の役割は不明だった。

研究ではマウスを用いて,異なる記憶同士の連合学習系として味覚嫌悪学習(CTA)と音恐怖条件付け(AFC)を組み合わせた新たな行動実験系を確立し,それぞれの記憶が関連づけられる仕組みを調べた。

異なる2種類の記憶課題として,いずれも扁桃体を必要とする学習であるCTAとAFCを用いた。CTAは条件刺激としてサッカリン水溶液(甘い水),無条件刺激として塩化リチウム投与を用いた。塩化リチウム投与は内臓倦怠感を引き起こすため,学習後マウスは元々好物だったサッカリン水溶液を忌避するようになった。

一方でAFCは,条件刺激としてブザー音,無条件刺激として足への電気ショックを用いた。学習後,マウスはブザー音を聞くと恐怖反応であるフリージング(すくみ)反応を示すようになった。

それぞれの記憶を個別に形成させた後,それぞれの条件刺激(サッカリン水溶液とブザー音)を連続してマウスに与えて両記憶を同時に想起させると,その後マウスはサッカリン水溶液を飲むとフリージング反応を示すようになった。この結果は,独立に形成したCTA記憶とAFC記憶が連続した同時想起により相互作用したことを示している。

また,その際にCTA記憶とAFC記憶を司る扁桃体領域において,各記憶に応答して活動した記憶痕跡細胞集団をcatFISH法により特定したところ,連続した同時想起を行なった群で両記憶を担う記憶痕跡細胞集団の重複率の有意な増加が認められた。この結果は,重複した記憶痕跡細胞集団が両記憶の関連づけを担っていることを示唆している。

CTA記憶とAFC記憶の連合が成立した結果生じるサッカリン水溶液の摂取によるフリージング反応と,それぞれの記憶に対し重複活動する記憶痕跡細胞集団との関係を明らかにするため,重複した細胞集団のみをArchTで標識し,その活動を光遺伝学的に操作した。連合記憶の想起時に光照射で重複細胞集団の活動を一過的に抑制したところ,連合の結果生じるサッカリン水溶液によるフリージング反応が低減した。一方,重複細胞集団の活動抑制は元々のCTA記憶,AFC記憶の想起には影響を与えなかった。

以上の結果より,CTA記憶とAFC記憶の両記憶間の高次連合は,連続した同調想起により扁桃体で生じる記憶痕跡細胞集団の重なりによって引き起こされていることが明らになった。加えて重要な点として,記憶の連合のみに関与し,元々の記憶の想起には必要でない記憶痕跡細胞集団が存在することが明らかになった。この研究によって,記憶同士をつなぐ特定の記憶痕跡細胞集団の存在とその機能的な役割が初めて明らかになった。

ヒトの知識や概念の形成過程は,過去に経験した既存の記憶に対し,日々新たに経験する様々な情報(感覚・情動・記憶など)を適切に結びつけることにより体系化される高次脳機能の1つ。一方で,PTSDを始めとする精神疾患や記憶錯誤などの記憶障害においては,このような正常な関連づけが行なわれず,関連性の弱い記憶同士を結びつけてしまうことで事態を悪化させることがある。

このように医学的な観点からもこの研究成果は新たな知見を与えてくれるという。例えば,フラッシュバックのように日常の出来事の記憶とトラウマ記憶の結びつきが問題となる場合,重複した記憶痕跡細胞集団の神経活動を抑制することで,それぞれの記憶には影響を与えず両者の記憶を切り離すことも可能と思われ,将来的にはPTSD治療への適用も視野に入ってくるとしている。

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