脳の活動パターンから「空間記憶の読み取り」に成功

被験者の脳の断面図(矢状断)。Rは脳の右側。
Image credit: Current Biology。サイトトップの画像は神経細胞、Wikimedia Commonsより

記憶と空間認知をつかさどる脳の部位である『海馬』は、活動に一貫したパターンが存在せず、その働きを詳しく解明することは困難と考えられてきた。しかし、まもなくその謎が解けるかもしれない。

バーチャル空間の中にいる被験者の脳をスキャンし、脳の活動を分析したところ、被験者が空間のどの位置にいるのか特定することができたというのだ。

「いわば被験者の空間記憶を読み取ることに成功したわけだ」と、今回の研究論文を執筆した1人で、ロンドン大学ユニバーシティー・カレッジ(UCL)の認知神経科学者であるEleanor Maguire氏は話す。「空間記憶がニューロン(神経単位)で符号化される過程には、必ず何らかの構造が存在するはずだ。そうでなければ、われわれに記憶を予測できたはずがない」

Maguire氏の研究チームが注目したのは、海馬だ。海馬とは、空間的関係や短期記憶を処理する大脳辺縁系の一部であり、人間が空間を移動するときは、自分が今どこにいるか把握するのに海馬の活動が役立っている。

しかしこれまでの動物実験では、特定の海馬の活動と記憶とを関連付けることができず、ラットを使った実験では、空間記憶はランダムに蓄積されていることを示唆する結果が出ていた。そのため、記憶の蓄積には一定のパターンは存在しない、少なくとも、研究者が解読、応用できるようなパターンは存在しないとみられていた。

こうした認識を覆すのが、『Current Biology』誌に3月12日(米国時間)に掲載されたMaguire氏らの論文だ。といっても、脳から記憶をじかに取り出せる日が来るのはまだ遠い先の話だが、この研究成果は、アルツハイマー病やその他の認知症の研究に新たな道が開ける可能性を示唆している。

Image credit: Current Biology

研究チームは、バーチャルリアリティで作られた室内を移動する被験者4人に対し、機能的磁気共鳴画像法(fMRI)装置を使って海馬の血流を測定した。[論文によると、15メートル×3.15メートルの「部屋」が2つあり、それぞれに複数の「目標物」がある。被験者は、これらの目標物の間を移動するよう指示された]

実験の際に着目されたニューロン群は、ロンドンのタクシー運転手を被験者に使ったMaguire氏の先行研究で特定されたものだ。先行研究(PDF)では、迷路のようなロンドンの道を何年も行き来することにより、運転手たちの海馬が特別に発達していることが確認されていた。

[先行研究によると、運転手の海馬は、統計的に有意な差をもってコントロール群と異なった構造を示し、その変化は運転歴の長さにほぼ比例。海馬総体の大きさには変化はないが、後部が肥大し、前部が小さくなっているという。なお、海馬には、空間内の位置に特異的に反応する細胞(場所細胞)が存在し、この細胞の活動は主として視覚情報と身体情報(運動情報など)の影響を受けることが知られている。空間感覚で重要なものとしては、ほかに、海馬に隣接する嗅内皮質で発見されたグリッド細胞などもある]

今回の研究では、海馬の活動パターンを分析し、それらを被験者の移動記録と相関させたところ、活動パターンを使って被験者の位置を予測できることが判明した。

この結果は、「fMRIを使った視空間的景色に関する情報の読み出し実現に向けた、興味深い第一歩だ」と、カリフォルニア大学ロサンゼルス校(UCLA)の認知神経科学者Arne Ekstrom氏は話す。同氏は今回の研究には関与していない。

一方でEkstrom氏は、海馬のごく一部をfMRIで俯瞰的に観察しただけの今回の研究結果は、個々のニューロン内部、あるいは海馬全体で起きていることを説明しているわけではない、と慎重な見解も示した。

今後の研究では、今回のようにたった4人でなく、もっと多くの被験者を使い、また、空間記憶以外の記憶も扱うことになるだろう。

今回の研究と同様のものとして、脳の視覚野の活動パターンから視覚記憶を再現(日本語版記事)してみせた先行研究が存在する。それでも、本格的な「心を読み取る」技術が開発されるのは数十年も先の話だと、今回の研究論文を執筆した1人で、ロンドンを拠点に人工知能を研究するDemis Hassabis氏は述べている。

それよりも関連性が高いものとしてHassabis氏は、記憶力が低下する過程に関して新たな知見がもたらされる可能性を指摘した。これについて、Maguire氏は次のように述べている。「記憶が蓄積される仕組みに関して、次々と新たな事実が明らかになっている。今後は、疾患の過程で記憶がいかに蝕まれていくかを解明し、また、患者の脳に残っている記憶を最大限に活用して、患者のリハビリを助ける方法を考え出すこともできるだろう」

アルツハイマー病の患者では、[海馬が最初の病変部位になり]、見当識[自分がどこにいるかといった、周囲の状況の把握]と記憶に、同時に障害が現われる。[さらに、心理的ストレスを長期間受け続けると、コルチゾールの分泌によって海馬の神経細胞が破壊され、海馬が萎縮する。心的外傷後ストレス障害(PTSD)や鬱病の患者にはその萎縮が確認されている]