理研,記憶メカニズムの一端を光遺伝学で解明

理化学研究所(理研)の研究グループは,自由に行動するマウスの海馬の「記憶エングラム」の活動の記録に成功した(ニュースリリース)。

海馬は,「いつ,どこで,何が起こった」という文脈情報に基づいた,過去のエピソードについての記憶(エピソード記憶)をつかさどる。しかし,海馬がどのようなメカニズムでエピソード記憶を担っているのかという問題についてはよく分かっていない。

代表的な仮説の一つに「場所細胞」による「認知地図仮説」がある。海馬の活動によって文脈とエピソード記憶を定義するというもので,海馬の記憶素子は任意の場所における位置情報を保存するとするもの。一方で,「記憶インデックス仮説」という別の仮説も存在する。この仮説では,エピソード記憶は大脳皮質に保存されていて,海馬にはそれらを呼び起こすためのインデックス(索引)が記録されているとする。

例えば,動物が新しい文脈を経験するとき,海馬には,空間内を移動しなくても活性化される神経細胞が存在する。このように,場所に限らず文脈に応答して活性化される海馬神経細胞群は「記憶エングラム」とも呼ばれ,人為的に活動を誘導・抑制することでその文脈についての記憶を呼び起こしたり,抑制したりできることが分かってきた。さらに,海馬の記憶エングラムの活動を抑制することで,記憶を想起しようとする際に大脳皮質の神経細胞が再活性化されなくなるという報告があり,これは記憶インデックス仮説と合致する。

今回,研究グループは,テトロード記録法と光遺伝学,そして特殊な遺伝子組換えマウスc-Fos-tTAマウスを組み合わせ,マウスが新しい文脈を経験した際に形成される記憶エングラムの神経活動を記録することに成功した。

これまで,記憶エングラムには動物が経験した場所の位置情報が保存されていると予想されていたが,解析の結果,記憶エングラムが表現する位置情報は極めて不安定であり,その活動は文脈のアイデンティティ(文脈を構成する情報の組み合わせ)に素早く応答していることが明らかになった。

これは,海馬には動物の位置情報を保存する場所細胞とは別に,文脈情報を保存する記憶エングラムが存在することを示し,海馬が記憶エングラムの活動を通してエピソード記憶のインデックス(索引)として機能することを示している。その結果,記憶エングラム細胞は,これまで予想されていたような動物の位置情報の記憶ではなく,文脈情報を保存していることが明らかになった。

この成果は,記憶デバイスとしての海馬の動作原理に迫る重要な発見。今後は,記憶エングラムや場所細胞,そして他の脳領域の神経ネットワークがどのように相互的に機能するのかを明らかにすることで,脳の記憶メカニズムの包括的理解につながるとしている。

その他関連ニュース

  • 東大,光で長期記憶形成の力学的機構を発見 2021年11月26日
  • 京大ら,光で記憶を消去する技術を開発 2021年11月12日
  • 藤医大ら,X線シンチレータで脳深部に光遺伝学法 2021年07月29日
  • 慶大ら,光遺伝学で脳内血流の操作に成功 2021年07月28日
  • 名工大ら,藍色光応答のチャネルロドプシンを発見 2021年02月24日
  • 東大ら,黄色光による神経制御化合物を開発 2021年02月04日
  • 豊橋技科大,脳神経用マイクロLEDプローブを作製 2021年01月15日
  • 慶大ら,光照射とゲノム編集で妊娠の制御に成功 2020年11月05日