拡張現実でネズミを騙すことで、私たち自身の脳の秘密が明らかになった

トレッドミルや空港の動く歩道から降りて、世界全体が違ったペースで動いているような不安な気持ちになったことはありませんか? 実際はそうではありませんが、ジョンズ・ホプキンス大学の科学者による新しい研究は、ネズミ、そして人間に実際に何が起きているのかについて詳細を示しています。

ネズミも人間も海馬を持っています。海馬は記憶とナビゲーションを司る脳の領域です。この脳の領域にある「場所細胞」と呼ばれるニューロンの一部は、人間やネズミが認識した場所に戻ると光ります。これらの場所細胞は「発火場」と呼ばれる特定の場所で発火します。発火場の形成の原因はまだ完全には解明されていませんが、この新しい研究はこの問題にいくらか光を当てています。

これらの答えを得るには、風変わりな実験設計が必要だった。研究者たちは、内部に円形のテーブルを置いたドームを作り、そこに「ランドマーク」の画像を投影できるようにした。次に、ラットを追加して、海馬の機能をリアルタイムで監視し、どのニューロンがいつ活性化するかを確認した。

「3つのランドマークが投影され、ネズミは円を描いて走り回っています」と研究者のマヌ・マダブ氏は言う。マダブ氏はジョンズ・ホプキンス大学で神経科学と機械工学を研究する博士研究員だ。「ネズミが走り回っている間、ランドマークは最初はまったく動いていません」。このプロセスの間、ネズミのニューロンは予想通りに動いた。場所細胞はテーブル上の安定した場所で発火し、ネズミがその場所を認識したことを示した。

しかしその後、研究者たちはランドマークを動かし始めた。ネズミたちが、周囲の風景がぼやけていく一人称視点のビデオゲームをプレイしているところを想像してみてほしい。ランドマークがあるように見える場所を動かすことで、研究者たちはネズミたちに、実際の速度よりも速く、あるいは遅く動いていると伝える視覚的な錯覚を作り出した。最終的に、研究者たちはランドマークの速度をネズミの速度と正確に一致させ、画像に対してネズミがまったく動いていないように見えた。

これは予想外の発見につながった。研究者たちは、この錯覚が脳内の場所細胞に影響を及ぼし、ネズミが空間内のどこにいるのか混乱するのではないかと予想していた。これは、ネズミが人間と同じように、周囲の物との関係で常に三角測量を行って自分の位置を解釈するためである。ネズミが別のペースで動いていることを示す視覚情報があれば、場所細胞、つまり体内の GPS はおそらく再調整するだろう。

しかし研究者たちは、この再調整が、目印となる動きによって、ラットが明らかに動いているにもかかわらず、まったく動いていないように見える例にまで及ぶとは予想していなかった。「ある時点でこれらのニューロンが諦めると予想されます」とマダブは言う。しかし、彼らはラットに、ラットは静止していると伝え続けた。人間の場合、それは空港の動く歩道を離れた後の一時的な方向感覚の喪失のような感じかもしれない。

研究者らは、ランドマークを完全に消滅させることも試み、ラットの海馬に、より速い動きやより遅い動きとして知覚される変化が持続することを発見した。

これは些細なことのように聞こえるかもしれないが、場所細胞は単なる「体内GPS」以上のものだ。研究によると、場所細胞は記憶の形成にも深く関わっているという。脳のこの領域がどのように機能するかを理解することは、アルツハイマー病の新しい治療法の開発からより効率的なロボットの設計まで、あらゆることに役立つ可能性がある。「場所細胞は私たちにとって極めて基本的なものです」と、イスラエル工科大学で教鞭をとり、今回の研究には関わっていない神経科学者のドリ・ダーディクマン氏は言う。場所細胞の働きを知ることで、「記憶がどのように整理されるかがわかるのです」と彼は言う。

つまり、この研究はビッグニュースだ。場所細胞が発火場を形成する原因について、より詳しい情報を提供しているからだ。神経科学者は、それが私たちが自分自身との関係で道や場所を記憶する方法と関係があると考えている。しかし、場所細胞が発火するのは、ランドマークを認識したからなのか、それとも道を見つけて将来使うために記憶するプロセスの一環としてなのかは、完全には明らかではなかった。この研究は、視覚的なランドマークが、ネズミが道を覚え、記憶している他の場所との関係で自分の位置を調整する重要な方法であることを示している。

げっ歯類は一般的に視覚がそれほど強くないと考えられているため、ネズミでこのような結果が出るのは驚きだとダーディクマン氏は言う。「これは非常に巧妙な実験だと思います」と同氏は言う。