記憶回路再活性化によりシェルター探索反応を引き起こす

November, 28, 2024, Baltimore--ジョンズ・ホプキンス大学医学部(Johns Hopkins Medicine)の神経科学者たちは、高度な脳イメージングシステムを用いて、マウスの特定の記憶回路を再活性化することに成功し、実際にはシェルターが存在しないときにシェルターを探すようになったと説明している。

研究チームによると、Nature Neuroscience誌に掲載されたこの研究は、哺乳類の脳内で記憶がどのように構造化されているかについての理解を前進させる。この発見は、いつの日か、アルツハイマー病やその他の神経変性疾患に伴う記憶喪失を遅らせたり予防したりする新しい方法を示す可能性がある。

具体的には、マウスの脳の2つの領域(ドーパミン依存行動の中継を担う脳の「快楽中枢」とも呼ばれる側坐核と、防御行動を担う背側水道周囲灰色(dPAG))のニューロンを刺激すると、「空間記憶」が再活性化し、マウスが避難所を探す原因となることがわかった。

「脳内の記憶回路を人工的に再活性化すると、マウスは、そもそも避難所を探す原因となる恐怖刺激がなくても、自然に行ったのと同じことをするようになる」と、Johns Hopkins Medicine神経科学准教授で、筆頭著者のHyungbae Kwon, Ph.Dは話している。

研究チームによると、脳のどの領域が周囲の環境をナビゲートする役割を担っているか、つまり人間を含む哺乳類の高レベルの認知機能を明らかにすることを目指した。したがって、これらの実験は、そのような認知脳機能をランダムに再生できるかどうかをテストし、他の哺乳類がどのように行動し、環境を知覚し、感知するかを理解するのに応用できる可能性がある。

新しい実験では、研究チームはまず、実験用マウスに、隅にシェルターがある箱の中で周囲を探索させた。チームは、三角形、円、ストライプなど、様々な色の一連の視覚的な手がかりを配置して、マウスが近くのランドマークに基づいてシェルターを見つけるのを助けた。ネズミは7分間その地域に順応し、シェルターに出入りした。

次に、チームは、視覚または聴覚の迫り来る信号を追加して、避難所を探すように促し、自分の位置と視覚的な手がかりに関連する空間記憶も形成した。

シェルターの記憶ニューロンを選択的にタグ付けするために、研究チームは、Kwonが2017年に開発したCal-lightと呼ばれる光活性化遺伝子発現スイッチングシステムを使用した。チームは、側坐核でこれらのニューロンを特定すると、それらに関連する遺伝子の発現をオンにし、マウスの避難所を求める記憶を再活性化すると同時に、dPAGのニューロンを活性化した。

次に、ネズミは、元の脅威もシェルターも存在しなかったときに、シェルターがかつてあったボックスの領域を探した。

この点に到達するために、研究チームはまず側坐核のニューロンを選択的に活性化し、次にdPAGで別々にニューロンを活性化し、脳の1つの領域だけでニューロンのスイッチをオンにするとこの行動を引き起こすかどうかを確認した。

「驚くべきことに、側坐核だけでニューロンを活性化すると、マウスは避難所を求めないことがわかった。一方、dPAGのニューロンをオンにすると、マウスはランダムに反応したが、以前に避難所を求めた領域にマウスを具体的に誘導することはなかった」(Kwon)。

「Cal-lightシステムにより、脳内の特定の機能を選択的にタグ付けすることができ、細胞レベルで記憶をマッピングするのに役立った」(Kwon)。

最終的に、この研究はアルツハイマー病患者の記憶回路を再活性化またはエンジニアリングするための基盤を提供する可能性があるとKwonは話している。

「記憶のマクロレベルの構造を理解すれば、この方法を使用して神経変性疾患を予防または減速するためのより効果的な戦略を開発できる可能性がある」(Kwon)。

研究チームによると、チームは脳の様々な領域で異なる機能を持つニューロンを選択的にタグ付けし、再活性化することで、脳全体の記憶構造を理解し、他の特定の行動につながることを望んでいる。

「これらすべての記憶回路がどのように連携して機能するかを理解することは、脳の機能をよりよく理解するのに役立つ」(Kwon)。