羽毛の「記憶の天才」はどうやって食べ物をどこに隠したかを覚えているのか

脳が記憶を作り、保存する能力は、かなり神秘的です。記憶は常に信頼できるとは限りませんが、それでも生き残るためには不可欠です。食料の乏しい冬の時期に食料がどこに保存されているかを覚えておくことは、アメリカコガラを含む多くの動物にとって不可欠なことです。新しい研究によると、完璧な記憶力を持つこれらの鳥は、おそらく食料品店で見たことがあるようなシステムを使用しています。バーコードの動作に似た脳細胞の活動を使用して、各食料の場所を記憶しているようです。この発見は、3月29日にCell誌に掲載された研究で説明されています。

「私たちは物、場所、人々についての記憶を通して世界を見ています」と、研究の共著者でコロンビア大学の神経科学者ドミトリー・アロノフ氏は声明で述べた。「記憶は、私たちが世界をどのように見て、どのように関わり合うかを完全に定義します。この鳥のおかげで、私たちは記憶を非常に単純化した方法で理解できるようになりました。そして、彼らの記憶を理解することで、私たち自身について何かが理解できるでしょう。」

「記憶の天才たち」

科学者たちは、車をどこに駐車したか、食べ物はどこに保管されているかといったエピソード記憶を保存するのに脳の海馬が必要であることをずっと前から知っていた。動物が特定の時間に何を覚えているかを知るのは難しいため、こうした記憶が脳内でどのようにコード化されているかを理解するのはさらに困難だった。

この問題を回避するため、新しい研究ではアメリカコガラに注目している。アルノフ氏はこの鳥を「記憶の天才」、エピソード記憶の達人と呼んでいる。アメリカコガラのほとんどは寒い場所に生息し、他の鳥のように冬に渡りをしない。夏と秋に食べ物をどこに隠したかを覚えているかどうかが彼らの生存にかかっており、鳥によっては毎日5,000個もの隠し場所を作ることもある。

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「それぞれのキャッシュは、新しい記憶が形成される、明確で明白で、簡単に観察できる瞬間です」とアロノフ氏は言う。「これらの特別な瞬間に焦点を当てることで、これまで気づかなかった記憶関連の活動パターンを特定することができました。」

海馬の「バーコード」

研究チームは、研究室に鳥の自然生息地にヒントを得た屋内アリーナを作った。実験中、アメリカコガラはアリーナの穴に本能的にヒマワリの種を隠し、チームは体内に埋め込まれた記録システムを使って鳥の海馬の活動をモニターした。この装置により、チームは鳥が自由に動き回っている間に脳をモニターすることができ、記録セッションの合間には取り外された。同時に、6台のカメラが飛翔中のアメリカコガラを記録し、人工知能システムが種を隠したり取り出したりする様子を自動的に追跡した。

「これらは非常に印象的な活動パターンだが、非常に短く、平均して約1秒しか続かない」と、研究の共著者でポスドク研究員のセルマーン・チェッティ氏は声明で述べた。「いつ、なぜ起こったのか正確に知らなければ、見逃してしまうのは簡単だ」

研究チームは、アメリカコガラが特定の場所に餌を貯蔵するたびに、海馬のニューロンが独特のパターンで発火するのを観察しました。それぞれの記憶は、鳥が貯蔵した餌を取り出すときに光る海馬の独特のパターンでタグ付けされていました。研究チームはこれらのパターンを、個々の記憶の非常に具体的なラベルであるため、バーコードと呼んでいます。

「例えば、2 つの異なるキャッシュのバーコードは、たとえその 2 つのキャッシュが隣接していたとしても相関関係がありません」とアロノフ氏は言います。

これらのバーコードのようなパターンは、場所細胞と呼ばれる海馬ニューロンの他の活動とは独立して発生します。これらの細胞は、脳内の場所の記憶をコード化します。これらの疑似バーコードは、同じ場所であっても異なる時間に隠された隠し場所や、連続して作られた近くの隠し場所であっても、それぞれが明確に区別されていました。

「海馬に関する研究の多くは場所細胞に焦点を当てており、その発見は2014年にノーベル賞に輝いた」とアロノフ氏は言う。「そのため、この分野では、エピソード記憶は場所細胞の変化と関係があるはずだという仮説が立てられていた。鳥が新しい記憶を形成するとき、場所細胞は実際には変化しないことが判明した。その代わり、餌を貯蔵する間、場所細胞に見られるものを超えた活動パターンがさらに存在する。」

これが人類にとって何を意味するのか

研究チームによると、これらのパターンが脳によって行動を促すために使用されているかどうか、またどのように使用されているかという疑問は残っている。アメリカコガラが「バーコード」を起動し、その記憶を使って次にどこへ行くか決定しているかどうかは完全には明らかではない。

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研究チームは今後の研究で、鳥たちがもっと遠く離れた場所やもっと複雑な環境でキャッシュを探すときに、こうしたバーコードのようなパターンを活性化するかどうかを調べたいと考えている。また、鳥たちがどのキャッシュに行くか選択している間の脳の活動を記録することも計画している。

研究チームはまた、記憶は人間の経験にとって非常に重要な部分であるため、このバーコード戦略が人間を含む他の動物の間で広く使用されているかどうかを知りたいと考えています。

「人々が自分自身をどう定義するか、自分が何者であるか、自己意識について考えると、特定の出来事のエピソード記憶がその中心にある」とチェッティ氏は言う。「それが私たちが理解しようとしていることだ」