睡眠中、私たちの脳は新鮮な記憶を長期記憶として整理するのに忙しくしています。少なくとも、それが理論上の見解です。興味深い新たな研究がこの主張を裏付けており、睡眠中に脳が1日の経験を再生しているという証拠が示されています。これは記憶の保存プロセスにおいて不可欠な部分です。
私たちの脳では、短期記憶から長期記憶への変換は、短い昼寝も含めて睡眠中に起こります。神経科学者はこのプロセスを「記憶の固定」と呼び、数十年にわたってヒトと動物の両方を対象に多くの研究が行われてきました。
この仮説上のプロセスには多くの可動部分が関与していますが、関与する主要な脳領域は海馬と大脳新皮質の2つです。海馬は学習と記憶を司り、シナプス強度が急速に変化するため、脳の中でも超可塑性を持つ部位です。一方、大脳新皮質は柔軟性がはるかに低いため、長期記憶を保存するのに信頼性の高い場所となっています。簡単に言えば、記憶の固定とは、海馬が新たに形成された記憶を、学習速度が遅く、いわばデータ損失の影響を受けにくい大脳新皮質に渡すプロセスです。
「海馬を通る経路の、大脳新皮質領域同士を繋ぐ接続を急速に強化することで、この効果が得られます」と、NeuroPaceの上級研究員であり、今回の研究の共著者でもあるBeata Jarosiewicz氏はGizmodoに語った。「その後、海馬は、元の出来事のあらゆる要素の処理に関与していた大脳新皮質のニューロンを再活性化させることができます…そして、その再活性化が記憶として体験されるのです。」
睡眠中または休息中、最近の経験の繰り返し活性化、つまり「オフライン再生」によって、これらの記憶が強化されると考えられています。言い換えれば、「既存の情報を損なわずに、大脳新皮質の既存の知識ベースに徐々に相乗的に組み込むことで、記憶が強化される」と、以前BrainGate研究プロジェクトに携わっていたJarosiewicz氏は述べています。
本日Cell Reports誌に掲載された新たな論文は、睡眠中のヒトの脳内でオフライン再生が行われていることを示す証拠を提示することで、この議論に新たな一幕を加え、記憶の固定化に関する従来の仮説を補強する発見となりました。このプロセスはヒト以外の動物では既に報告されていますが、ヒトの脳で実証されたのは今回の研究が初めてです。
「記憶の再生はヒト以外の動物で広く報告されています」とヤロシエヴィッチ氏は述べ、神経科学者は脳活動を個々のニューロンに至るまで追跡できるようになった。ヒトでは、脳波計やfMRIといった非侵襲的なツールを用いて間接的な証拠が見られてきたが、「それらの研究で用いられた記録技術は、我々が今回行ったように、神経発火率パターンのレベルで再生を直接検証できるほどの空間解像度を持っていなかった」と付け加えた。
この新たな研究では、四肢麻痺の被験者2名の運動野（運動を司る脳の部位）に皮質内微小電極アレイが埋め込まれました。これは、コンピュータのカーソル、ロボット義肢、その他の補助機器を思考で制御するBrainGateパイロット臨床試験の一環として実施されました。BrainGateは、ブラウン大学、マサチューセッツ総合病院、ケース・ウェスタン・リザーブ大学、スタンフォード大学、プロビデンス退役軍人医療センターが参加する学術研究イニシアチブです。
両参加者は、1980年代の古典的な記憶ゲーム「サイモン」に似たゲームをプレイするよう指示されました。基本的に、このゲームは4つの色付きパネルで構成され、参加者は点滅するにつれて複雑になるパターンを即座に記憶しなければなりません。しかし、参加者は指でこれらのパターンを模倣する代わりに、インプラントのおかげで、脳で制御されたカーソルでこれを行うことができました。両参加者は、標準的なシーケンスを何度も繰り返し実行しました。標準的なシーケンスには、それぞれ2回だけ表示されるコントロールとして機能する外れ値のシーケンスが点在していました。研究者たちは、2人の参加者が記憶ゲームをプレイしている間、彼らの神経パターンを監視しました。
ゲームセッションの後、参加者は昼寝をするか、単に休息を取るように指示されました。このゲームと睡眠のパターンは数回繰り返され、研究者たちは実験中を通して参加者の神経細胞クラスターにおけるスパイク活動を記録しました。
データの分析により、ゲームセッション中に観察された特定のニューロン発火パターンが、睡眠中および覚醒時の安静時のパターンと一致していることが示されました。ある意味では、参加者はまるで無意識のうちにゲームをプレイしているかのようでした。安静時に記録された脳活動パターンは、外れ値のコントロールシーケンスと比較して、学習した色シーケンスを実行しているときに観察された脳活動パターンとより一致していました。
研究者らによると、これは人間の脳における学習関連リプレイの直接的な証拠としては初めてのものだという。しかし、この研究ではオフラインリプレイと長期記憶の定着との因果関係を示す証拠は示されていないため、まだ多くの研究が残されている。
「この研究では、リプレイの強さが学習の強さとどの程度関連しているかについては触れられていません」と、Jarosiewicz氏はGizmodoに語った。「今後の研究では、例えば、ゲーム後の昼寝後に参加者に同じシーケンスを再度テストさせるなど、この関係性をさらに深く探ることができるでしょう。また、より長い期間や、夜間睡眠を含む様々な睡眠段階におけるリプレイの進化についても調べ、さらにはリプレイが夢のような現象とどのように関連しているかについても探究したいと考えています。」
https://gizmodo.com/us-workers-are-getting-less-sleep-than-10-years-ago-1838639701
興味深いことに、この新たな研究は、学生や記憶に関わる活動の準備をしているすべての人に示唆を与えてくれます。この解釈が正しいとすれば、試験、プレゼンテーション、面接の前に徹夜して睡眠を断つのはお勧めできません。代わりに、しっかりと睡眠を取り、新しく得た記憶を定着させましょう。
