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関係記憶を構築する睡眠

無関係なもの同士の繋がりの記憶を表現する神経回路と脳回路は、睡眠中に活動し相互作用する必要が有るようです。

describe the underlying mechanisms that strengthen or create new relational memories during sleep.

参照元：https://ucsdnews.ucsd.edu/pressrelease/how-sleep-builds-relational-memory
– カリフォルニア大学サンディエゴ校 University of California – San Diego. May 31, 2022 –

関係記憶とは、名前と顔、車の鍵の置き場所、調理後に家を出る前にストーブを消したかどうかなど、物や人、出来事の間の任意または間接的な関連性を記憶する能力です。

これまでの研究で、動物やヒトの記憶力は十分で質の高い睡眠によってもたらされることが立証されています。

2022年5月25日にJournal of Neuroscienceに掲載された新しい研究では、カリフォルニア大学サンディエゴ校医学部教授のMaxim Bazhenov博士と、彼の研究室の大学院生Timothy Tadros氏が、睡眠中に関係記憶を強化したり、新しい関係記憶を作成する基本的なメカニズムについて述べています。

著者らは、脳の2つの領域、視床（初期の感覚処理に関与）と皮質（記憶、学習、意思決定に関与）の人工的なモデルを開発しました。

このモデルは、神経細胞が自発的に活動し、感覚入力の処理に最適化されている覚醒状態と、徐波などの電気活動の固有振動が発生している深睡眠状態という、脳の2つの主要な状態をシミュレートすることが可能でした。

ネットワークモデルの特性を変更することで、生物学的な脳が日々行っているのと同様に、覚醒と睡眠活動の間の遷移を促進させることができるのです。

皮質領域では、ニューロン間の結合が、その活動に応じて強くなったり弱くなったりすることが認められました。

これは、シナプス可塑性として知られており、記憶の形成や消去に関する既知の主要な生物学的メカニズムを反映したものです。

Tadros氏：私たちは、視覚処理後の大脳皮質をモデル化しました。ある皮質層は一次視覚皮質、別の皮質層は連合皮質です。人が同じものを見るたびに、視覚野のほぼ同じニューロンが活性化することになります。もし、人が同じ文脈で2つの物体を見たら、2つの物体それぞれを表すニューロン間の結合を強化することによって、これらの関連性を連想皮質で学習するのかもしれません。

科学者達は、覚醒モードのネットワークに、A+BやB+Cのような直接的な関連付けを学習させ、A+Cは学習させませんでしたが、次に、睡眠モードでは、モデルが間接的な関連付けを形成することを発見しました。その結果、睡眠時にはA+Cという間接的な連想が形成されることを発見したのです。

Bazhenov博士：これは、睡眠中に、関連する3つの項目（A、B、C）を表すニューロンが、時間的に近い順番で自発的に発火したためです。この現象は睡眠再生と呼ばれ、シナプス可塑性の引き金となって、これらすべてのニューロン間に強いシナプス結合が形成されました。したがって、睡眠後、Aなどの任意の1つのグループを活性化すると、BやCなどの他のすべての関連グループが活性化されました。

主に概念的なものではありますが、研究者達は、この研究が実世界に影響を及ぼすと述べています。

Bazhenov博士：この研究が現実にもたらす重要な影響の1つは、統合失調症や自閉症スペクトラム障害などの疾患に関する今後の研究への情報提供です。これらの疾患を持つ人々は、関係性記憶課題の成績が悪く、また、睡眠、特に徐波睡眠が乱れていることが、研究により明らかにされています。
我々の研究は、これらの症状に関連する認知症状の一部を軽減するために、徐波睡眠の改善に焦点を当てることが、認知症状だけに焦点を当てるよりも、より実りある前進になる可能性を示唆しています。

著者達は、記憶機能と睡眠の質が年齢とともに低下することも指摘していますが、睡眠振動を増強する現在の技術や新しい技術は、高齢者の記憶機能の保護と改善に役立つかもしれません。

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