脳が学習した内容の記憶を圧縮し定着させる「少しの休憩」

「新しい技術を学ぶときに流れる脳の活動を明らかにし、なぜ練習を少し休むことが学習の鍵になるのか」米国国立衛生研究所の研究者たちが答えを見つけました。

As expected, the team discovered that the replay activity often happened in the sensorimotor regions of the brain, which are responsible for controlling movements.

参照元：https://www.ninds.nih.gov/News-Events/News-and-Press-Releases/Press-Releases/Study-shows-how-taking-short-breaks-may-help-our-brains
– 米国国立神経疾患・脳卒中研究所 National Institute of Neurological Disorders and Stroke. June 8, 2021 –

米国国立衛生研究所の研究者たちは、健康なボランティアを対象とした研究で、ピアノで新しい曲を弾くなど、新しい技術を学ぶときに流れる脳の活動を明らかにし、なぜ練習を少し休むことが学習の鍵になるのかを発見しました。

研究者たちは、休息中のボランティアの脳が、コードを入力する練習中に見られた活動のより速いバージョンを急速に繰り返し再生していることを発見しました。

この結果は、休息が記憶を強化することを示唆している。

今回の結果は、新しい技術を習得する際には、覚醒時の休息が練習と同じくらい重要な役割を果たすという考えを裏付けるものです。

今回の結果は、覚醒下での休息が、新しい技術の習得において、練習と同様に重要な役割を果たしていることを示唆しています。

Cell Reports誌に掲載された本研究の上席著者であるNIH国立神経疾患・脳卒中研究所（NINDS）のレオナルド・G・コーエン医学博士は話します。

「休息中は、脳が練習した内容の記憶を圧縮し、定着させる期間であると考えられます。この神経再生の役割を理解することは、私たちが新しいスキルを学ぶ方法だけでなく、脳卒中などの神経損傷後に患者が失ったスキルを回復させる方法を形成するのに役立つかもしれません。」

この研究は、NIHクリニカルセンターで行われました。

Cohen博士のチームは、脳磁図と呼ばれる高感度のスキャン技術を用いて、33人の健康な右利きのボランティアが、左手で5桁のテストコードを入力することを学ぶ際の脳波を記録しました。

被験者は椅子に座り、スキャナーの長い円錐形のキャップの下に座っていました。

実験は、スクリーンに表示されたコード「41234」を被験者に見せ、それを10秒間できるだけ多く入力し、10秒間の休憩を取るように指示するところから始まりました。

この練習と休憩を交互に繰り返すサイクルを、合計35回繰り返してもらいました。

最初の数回は、コードを正しく入力するスピードが劇的に向上し、11回目あたりで横ばいになりました。

Cohen博士のチームは、元NIH博士研究員のMarlene Bönstrup医学博士が主導した以前の研究で、これらの向上のほとんどは、被験者がタイピングしているときではなく、短い休息のときに起こることを示しました。

さらに、その効果は、一晩寝た後の効果よりも大きく、βリズムと呼ばれる脳波の大きさの減少と相関していました。

今回の新たな報告では、被験者の脳波に何か違うものがないかを探しました。

コーエン博士の研究チームのスタッフサイエンティストであり、本研究のリーダーであるEthan R. Buch博士は話します。

「私たちは、覚醒下での休息時に記憶が強化されるメカニズムを探りたいと思いました。いくつかの形態の記憶は、神経活動の再生に依存していると考えられます。」

「そのために、コーエン博士の研究室で博士研究員を務めていたレオナルド・クラウディーノ博士が、コンピュータプログラムの開発に協力してくれました。」

このプログラムのおかげで、タイピング時に見られた脳波のはるかに速いバージョン（約20倍）が、休息時間に再生されていることがわかりました。

最初の11回の練習では、この圧縮された脳活動が、1回の休息時間に何度も（約25回）再生されました。

これは、その後の休憩時間や実験終了後に見られる活動の2〜3倍の頻度でした。

興味深いことに、休息中の再生回数が記憶の強化を予測することがわかりました。

つまり、タイピングの再生回数が多い被験者は、再生回数が少ない被験者に比べて、1回の試行ごとにパフォーマンスが大きく向上していたのです。

Buch博士は話します。

「学習曲線の初期段階では、覚醒時の休息時の再生は、時間的に圧縮され、頻繁に行われ、個人間での新しいスキルの学習のばらつきを予測するのに適していることがわかりました。これは、脳が覚醒状態で休息している間に、新しい技能を習得するために必要な記憶を結合していることを示唆しています。」

予想通り、研究チームは、再生活動が脳のセンサー運動領域で起こることが多いことを発見しました。

これは、運動の制御を司る領域です。

しかし、それ以外の脳領域、すなわち海馬や内嗅皮質でも活動が見られたという。

Cohen博士は話します。

「この最後の結果には少し驚きました。従来、海馬と内嗅皮質は手続き記憶にそれほど実質的な役割を果たしていないのではないかと考えられていました。一方、今回の結果は、これらの領域が、この種のスキルを学習する際に、感覚運動野と急速にチャタリングしていることを示唆しています。」

「今回の結果は、覚醒時の安静時に再生活動を操作することで、新しい技能をより早く習得し、脳卒中からのリハビリテーションを促進するための強力なツールとなる可能性を示唆しています。」