私たちの脳が出来事の順序をどうやって覚えてるかを解読する

私たちの生活は、時間とともに起こる出来事でいっぱいだよ。たとえば、昨日何をしたか、物事をやった順番、どれくらい時間がかかったかを覚えてる。脳は日常生活に重要なこの記憶を特定の順番で追跡するのを助けてる。もし出来事の順番を覚えられなかったら、未来を計画したり過去から学んだりするのが難しくなるよね。

でも、場合によってはこの能力を失っちゃう人もいる。たとえば、視床のような特定の脳の部分に損傷がある患者は、出来事の順番や詳細を思い出すのが辛いんだ。他の研究では、脳の特定の領域の間の経路が損傷を受けると、以前の出来事の順番を忘れちゃうことがあるってわかった。この記憶喪失は、事実や非時間的な情報を覚える能力には影響しないんだ。

研究者たちは、マウスの脳の特定の領域が物事の起こった順番を覚えるのに関わっていることを見つけたよ。これは、脳の異なる部分が私たちの記憶を追跡するのを助けていることを示唆してる。作業記憶では、覚えているアイテムの順番は、サイクルで起こる特定の脳活動に関連してる。

長期的な記憶についての過去の研究では、私たちが出来事を経験するときに特定の脳神経が活性化して、いつ起こったかを追跡できることが示されている。これは、人間の脳が私たちの生活の出来事の順番を覚えるための特別なメカニズムを持っていることを示唆してる。

私たちの研究では、記憶を最初に形成するときに物事の順番を覚えるのを助ける脳のプロセスが、後でそれを思い出そうとするときにも同じかどうかを確認したかったんだ。具体的には、記憶を符号化するときとそれを取り出すときに同じ神経群が活性化するのかが気になった。もしそうなら、神経には両方の記憶プロセスで機能する共有のコードがあるってことになる。

以前の研究では、時刻細胞と呼ばれるいくつかの神経が、記憶の符号化と取り出しで異なる働きをするかもしれないことが示唆されてた。時刻細胞は特定の瞬間に活性化して出来事のタイミングを追跡できるけど、思い出すときには同じつながり方をしないかもしれない。これが、脳内で時間的順序の詳細がどうやって転送されるのかという疑問を引き起こした。

これを調査するために、参加者が仮想の宝探しをしている間に、脳の内側側頭葉の神経活動を調べたよ。このタスクでは、いろんなオブジェクトのアイデンティティ、見つけた場所、収集した順番を覚える必要があったんだ。オブジェクトを集めた後、参加者はその場所、オブジェクト自体、収集した順番について質問に答える必要があった。

各テストでは、参加者は次々と異なるオブジェクトに出会い、これらのアイテムの順番を思い出す正確さは高くて、平均約90%だった。このおかげで、彼らがナビゲートしてオブジェクトを集める自然な方法で神経活動を記録できたんだ。

単一神経と神経群の選択性を分析した結果、アイテムの順番を思い出す際に特定の役割を果たす3つの異なる神経集団があることがわかった。ある神経は主に順番を符号化するのに関与し、他の神経はそれを思い出すのに集中し、いくつかは両方のプロセスに同時に活性化してた。興味深いことに、少数の活性化した神経が出来事の順番を効果的に追跡できることがわかった。

私たちは、宝探しタスクを終える間にてんかんのある患者から神経活動を記録した。タスクでは、参加者が仮想環境をナビゲートし、隠されたオブジェクトを集め、アイデンティティと収集の順番を覚えることが求められた。

タスク全体を通して、参加者はさまざまなオブジェクトを見つける必要があり、パフォーマンスは練習によって向上した。私たちは、参加者がアイテムを集めるためにナビゲートしているときにこれらの神経がどのように活性化されるかに注目した。アイテムが提示された順番によって、特定の神経がより活性化されることを発見したんだ。これは、最初、2番目、または3番目に集められたアイテムによって発火率が変わることを意味する。

各オブジェクトにナビゲートするとき、参加者が最初のアイテムを集めているときにいくつかの神経が強い反応を示すことに気づいた。この活動は、収集タスクの短い時間の間でも明確な好みを示し続けた。神経は、参加者がアイテムを収集するのにかかる時間に関係なく、同じ好みを示したんだ。

単一の神経と複数の神経の発火率を比較して、順番に関する情報をどれだけうまく伝達するかを見た。両方のタイプの神経反応は、順序内の特定の位置に対して強い好みを示した。これは、神経がオブジェクトのアイデンティティに結びついているだけでなく、記憶の中での時間的な位置にも結びついていることを示唆してる。

その後、内側側頭葉の異なる領域にある神経がこのプロセスにどのように関与しているかを調査した。海馬や扁桃体、内嗅皮質などの領域にある神経が出来事の順序に選択的であることを示す結果を再現した。特に、他の領域でも同様の選択性が見られたことから、時間的順序を追跡するための広範なメカニズムがあることがわかった。

次に、これらの神経の発火率を使って、思い出すときにアイテムの順番を予測できるかを見た。サポートベクターマシン（SVM）分類器を使用して、神経の発火率を分類の特徴として利用したんだ。結果は、時間的な位置を無作為な確率よりもかなり良く分類できることを示していて、神経が時間的順序を効果的に符号化できたことを示唆してる。

参加者がオブジェクトの順番を思い出すように促されたとき、特定の位置のオブジェクトが言及されたときに神経が増加して活動した。これは、思い出すフェーズでも神経が出来事の元の順番とのつながりを維持していることを意味する。

また、情報を思い出す初期の期間に時間的データが十分に含まれているかどうかをテストした。最短の反応時間中の発火率を分析すると、思い出す全期間にわたる反応と同じように、初期段階で十分な情報が利用可能であることが確認できた。

興味深いことに、思い出すときには符号化のときよりも多くの神経が活性化され、選択的だった。これは、記憶を思い出すときに異なる神経群が関与する可能性があることを示唆してる。

私たちは、符号化と思い出しの両方で選択的である中核の神経群を特定した。これらの神経は特定の時間的な位置に対する一貫した好みを示していて、両方のプロセスで重要な役割を果たしていることを示してる。この小さなグループを符号化中にSVM分類器で訓練したところ、思い出す際にも正確に順番を予測できたんだ。

これは、特定の神経が出来事の順番を最初から最後まで追跡するのに必須であることを示唆している。さらに、少数の活性化した神経を用いる単純な符号化メカニズムが、過去の出来事の順番を効果的に思い出すのを助けることができることがわかった。

私たちが調査した神経はナビゲーション期間中ずっと活動的で、探索と記憶を思い出す役割が密接に結びついていることを示している。一方、タスクの特定の瞬間に発火する時間細胞は、長期間のシーケンスの感覚を維持する上では同じ役割を果たさないようだ。

内側側頭葉の異なる部分での時間的な位置に対する一貫した選択性は、私たちの脳における時間的記憶の普遍的なコードがあることを示唆している。これらのメカニズムがどのように機能するかの詳細はまだ探求中だけど、私たちの発見は思い出しと形成のメカニズムを理解する重要性を強調している。

要するに、私たちの研究は、内側側頭葉の異なる神経群がイベントの順番を覚えるのを助けるためにどのように協力しているかを解明している。これは、同じ神経がこれらの記憶の形成と想起の両方をサポートできることを示唆していて、時間に基づく情報を処理するより効率的な方法を提供するかもしれない。これらのメカニズムがどのように相互作用し、異なるタイプの記憶でどのように機能するかについては、さらなる研究が必要だよ。