脳の鼻周囲皮質が学習における重大な役割を担っている

オタワ大学が、脳が知覚する時、脳の鼻周囲皮質が活性化する事を発見しました。

研究は、動物が学習をする時、脳がどの部位を活性化させ記憶を保存させるのかを解く研究の重大な助けになる可能性があります。

The famous patient Henry Molaison (long known as H.M.) suffered damage to his hippocampus after a surgical attempt to cure his epilepsy. As a result, he had anterograde amnesia, which meant that things he learned never made it past his short-term memory. Though his memories of childhood remained intact, H.M. might meet with his doctor and five minutes later say: “Oh, I don’t think I’ve ever met you. What’s your name?”.

参照元：https://med.uottawa.ca/en/news/how-does-brain-orchestrate-learning
– オタワ大学 University of Ottawa. Friday, December 18, 2020 –

有名な患者のヘンリー・モライソン（長い間HMとして知られている）は、てんかんを治すための外科的試みの後、海馬に損傷を負いました。

その結果、彼は前向性健忘症を患っていました。

つまり、彼が学んだことは、彼の短期記憶を決して超えませんでした。

子供の頃の彼の記憶は無傷のままでしたが、HMは彼の医者と会うかもしれません、そして5分後に「ああ、私はあなたに会ったことがないと思います。あなたの名前を教えて？」と言います。

HMは、科学者が学習における海馬の役割を理解するのに役立ちましたが、海馬からの信号が、学習時に協調的に変化する皮質全体の数十億のニューロンとどのように共有されるかについては謎が残っています。

ジャーナルScienceに発表された論文で、オタワ大学とベルリンのフンボルト大学の共同研究により、この学習プロセスの管理における鼻周囲皮質と呼ばれる脳領域の重要な役割が明らかになりました。

この研究では、マウスとラットがかなり奇妙な脳ベースのスキルを習得しました。

感覚皮質の単一ニューロンが刺激され、齧歯動物は、甘い水を受け取るためにディスペンサーをなめることによって、それがざわめきを感じたことを示さなければなりませんでした。

その脳の刺激が動物にとってどのように感じられるかは誰にもわかりませんが、チームの最善の推測は、何かがひげに触れている感覚を模倣しているということです。

彼らがこの学習経験に反応する脳を見ていると、チームは、鼻周囲皮質が、場所と文脈を処理する近くの海馬と皮質の外層との間のウェイステーションとして機能していることを観察しました。

医学部の細胞分子医学科、および脳と心の研究所の助教授のリチャード・ナウド博士は話します。

「鼻周囲皮質は、たまたま皮質における情報処理の階層の最上位にあります。それは、複数の感覚からの情報を蓄積し、それを皮質の残りの部分に送り返します。私たちが示しているのは、それが学習を調整する上で非常に重要な役割を果たしているということです。これらの予測が概念領域から戻ってこなければ、動物はもはや学習することができません。」

以前の研究は、海馬から大脳皮質のような脳の意思決定領域へのコミュニケーションに焦点を当てていましたが、大脳皮質がその情報をどのように処理し、何に送り返すかについてはあまり注意が払われていませんでした。

皮質のレイヤー1、このステップはプロセスの重要な部分であり、それなしでは学習は不可能であることがわかります。

Naud博士は話します。

「鼻周囲皮質からそれらのレイヤー1ニューロンへの接続が切断されたとき、動物はHMのように行動しました。彼らは少し改善していましたが、それは固執しませんでした。彼らはただ学び、忘れ、学び、忘れ、学びました。」

物理学のバックグラウンドを持つ計算論的神経科学者であるNaud博士は、統計分析と、脳の情報処理をマッピングする計算モデルの作成を担当しました。

彼にとって特に興味深いのは、彼が長い間疑っていたことの確認でした。

ニューロンからの急速な発火は、電気的活動のペースが遅いことを意味するものとは別に、独特の意味を持っています。

動物が学習の真っ只中にあったとき、これらの急速な活動電位は監視された細胞を照らしました。

チームはバースト効果を人工的に再現することもできました。

Naud博士は説明します。

「同じ数の活動電位を高頻度で強制すると、動物はそれを検出するのに優れています。これは、バーストが学習と相関し、知覚に因果関係があることを意味します。つまり、ニューロンにバーストが発生すると、何かを知覚する可能性が高くなります。」

次の課題は、鼻周囲皮質から低次脳領域への学習信号がどのように見えるかを正確に把握することです。

Naud博士は、生理学に関する既存の知識をこの実験で見られるものに関連付ける計算モデルの開発に忙しくしています。