ネズミには想像力があるかもしれない

考えにふけったり、想像力を働かせて空想にふける能力は、人間だけに特有のものではないかもしれない。11月2日にサイエンス誌に掲載された研究によると、ネズミは目の前にない物や場所について考えることができるという。

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現在の位置から離れた場所を想像することは、記憶と将来の可能性のあるシナリオを思い浮かべることの両方の要素です。動物にこの能力があれば、人間と似たような想像力を持っている可能性があります。

「ネズミは実際に、その場所に行くことなく、環境内の場所の表象を活性化することができる」と、この研究の共著者でハワード・ヒューズ医学研究所のエンジニア兼神経科学者であるチョンシー・ライ氏は声明で述べた。「ネズミの肉体は固定されていても、空間的な思考は非常に離れた場所まで到達することができる」

さらに詳しく知るために、メリーランド州ハワード・ヒューズ医療研究所のライ氏とチームは、ラットが思考を使って特定の場所に向かうことを想像したり、遠くにある物体を動かすことができるかを調べるための一連の実験を設計した。

ネズミの心を読む

人間やげっ歯類が出来事を経験したり、場所を訪れたりすると、海馬で特定の神経活動パターンが活性化されます。脳のこの領域は空間記憶を司り、ネズミの世界の心的地図を保存します。また、過去の出来事を思い出したり、将来の状況を想像したりすることにも関与しています。記憶を思い出すために、場所や出来事に関連する特定のパターンが海馬で生成されます。チンパンジーにはふりをする能力があることが示されていますが、科学者はチンパンジーやその他の人間以外の動物がどのように考えるかをまだ解明中です。

ネズミの脳の内部をのぞき込み、脳のパターンを観察するために、研究チームはリアルタイムの「思考検出器」を開発した。このシステムは神経活動を測定し、脳マシンインターフェース（BMI）を使用してその意味を解釈する。

BMI は、ラットの海馬で発生する電気活動と、360 度の仮想現実アリーナ内での動物の位置との関連を明らかにしました。これにより、研究者は、ラットが実際にその場所へ移動することなく、海馬の活動を活性化して仮想アリーナ内の場所について考えることができるかどうかを確認できました。

ネズミの「思考辞書」

BMI を導入した研究チームは、ラットの脳信号の解読に取り組みました。研究チームは、ラットが実験の仮想アリーナを移動しているときの脳活動パターンの「思考辞書」を作成しました。

これを実現するために、ラットは仮想現実システムに組み込まれました。ラットが球形のトレッドミルの上を歩くと、その動きが 360 度スクリーンに映し出されました。ラットが目標に向かって進むと、報酬が与えられました。

ラットがトレッドミルの上を歩いている間、BMI システムは海馬で起きている活動を記録しました。研究チームは、ラットが仮想アリーナを移動して各ゴールに到達したときにどのニューロンが活性化したかを確認しました。これらの信号は、海馬で何が起こっているかをリアルタイムで解釈するための基礎となりました。

思考辞書をセットアップした後、研究チームはトレッドミルの接続を解除した。ラットは、目標地点に向かって歩くことに関連する海馬の活動パターンを再現する最初のステップに対して報酬を与えられた。

ジャンパータスクとジェダイタスク

次に、研究者たちはネズミに実行させる2つの異なるタスク、ジャンパータスクとジェダイタスクを設計しました。

ジャンパー課題では、BMI はラットの脳活動を画面上の動きに変換しました。ラットは基本的に、報酬を得るためにどこに行く必要があるかを考えることで、思考を利用して報酬を見つけていました。これは、仕事や学校に行く途中で通る建物や場所を想像するのと似た思考プロセスです。

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ジェダイ課題では、ネズミに頭の中で物体をある場所に移動させるという仮定をさせました。ネズミは仮想の場所にとどまりましたが、海馬の活動を制御して、物体を目標に向かって移動させる様子を思い描きました。これは、ソファに座っている人が立ち上がってキッチンでコップに水を補充する様子を想像するのと似ています。その後、チームはネズミの目標の場所を変更し、新しい場所に関連する活動パターンを生成するよう要求しました。

研究者たちは、ネズミが海馬の活動を正確かつ柔軟に制御できることを発見しました。驚くべきことに、ネズミはこの活動を維持し、特定の場所について何秒も考え続けることができました。この時間枠は、人間が過去の出来事を思い出したり、新しいシナリオを想像したりするのにかかる時間とほぼ同じです。

「ネズミの集中力の持続時間に関する我々の、おそらく素朴な概念に基づいて、ネズミが他の場所ではなくその場所について非常に長い期間考えることを学ぶというのは驚くべきことだ」と、研究の共著者でハワード・ヒューズ医学研究所の生物物理学者であるティム・ハリス氏は声明で述べた。

研究チームによれば、この研究は、BMI が海馬の活動を調べるためにどのように使用できるかを示しており、脳のこの重要な領域を研究する新しい方法になる可能性があるという。BMI は人工装具でますます使用されるようになってきており、この新しい研究は、同じ原理に基づいたデバイスの開発に使用できる可能性がある。