【神経科学トピックス】
側頭葉の領域間信号による皮質層間神経回路の活性化は記憶想起の成功に寄与する

【神経科学トピックス】

側頭葉の領域間信号による皮質層間神経回路の活性化は記憶想起の成功に寄与する

東京大学大学院医学系研究科
特任講師  竹田真己

大脳皮質の側頭葉は物体に関する記憶を司る領域であり、従来の研究により視覚性記憶の記銘や想起に関与するニューロン群があることが知られていました。ところが、従来の研究手法は、記憶を記銘・想起する際の個々のニューロンの活動を一つずつ計測する手法が一般的であり、こうした手法では側頭葉の複数領域が記憶の記銘・想起時にどのようにして協調的に働いているのかは分かっていませんでした。特に、側頭葉の高次領域である36野から低次領域であるTE野への逆行性の領域間信号が記憶の想起に関与している事が予想されていましたが、直接検証することはできませんでした。また、領域間の協調的活動が領域内の皮質層間の神経回路をどのように活性化するかについても分かっていませんでした。このように、記憶想起の過程を脳神経回路の動作として理解することは、記憶を含む人間の認知過程における脳の作動原理を理解することにつながり、脳科学における長年の課題でした。
  本研究では、記憶想起に関わる側頭葉の領域間信号と領域内皮質層間信号の伝播過程を直接調べるために、視覚図形を対として記憶する対連合記憶課題を遂行中のサルにおいて、記憶想起時に働いていることが知られている、TE野および36野のニューロン活動を同時に記録しました。TE野の記録においては、多点リニア電極を用いて異なる皮質層からの同時記録を行いました。こうした手法を用いて、36野のニューロン活動がTE野の何層の活動と協調的に働いているか、またその協調信号が他の層に与える影響を解析しました。記録皮質層の同定は、組織染色に加えて、皮質の電流源の分布から層構造を推定する電流源密度推定法を用いて行いました。
  解析の結果、サルが対となる視覚図形を想起している際には、個々の36野のニューロンはTE野の深層もしくは浅層のいずれかにおける神経活動と協調的に活動をしていました(図)。この結果は、36野からTE野への逆行性信号が記憶の想起に関与している事を直接示した初めての結果と言えます。また、TE野深層の協調活動は浅層に皮質層間信号を伝播している事を見つけました。この36野‐TE野深層‐TE野浅層の信号経路は、サルが正しく視覚性情報の記憶を思い出した時のみに伝播され、思いだしに失敗した時は伝播されないことが分かりました。この結果は、記憶想起の成功には、側頭葉内のトップダウン信号が皮質層間回路を活性化することが必要であることを示唆しています。これらの結果から、霊長類の側頭葉において、記憶の想起を司る領域間、領域内の脳内信号の伝播原理が初めて明らかになりました。
  本研究により、霊長類が物体の視覚性情報の記憶を想起する際に用いられる側頭葉の領域間、領域内神経回路を伝播する信号カスケードが初めて明らかになりました。本研究によって、記憶想起に関わる大脳ネットワークの作動原理の理解が深まっただけではなく、視覚性記憶障害に関わる神経回路の研究にもつながることが期待されます。

Top-down regulation of laminar circuit via inter-area signal for successful object memory recall in monkey temporal cortex. Takeda, M. Koyano W. K., Hirabayashi, T. Adachi, Y. and Miyashita, Y. (2015) Neuron. 86, doi:10.1016/j.neuron.2015.03.047

<図の説明>
36野‐TE野の協調的活動の例。記憶を思い出している際の、側頭葉内の領域間トップダウン信号を調べたところ、36野のニューロンはTE野の深層もしくは浅層のいずれかと協調的に活動をしていました。協調性の強さはコヒーレンスという尺度を用いて測定しました。図で示した例では、想起期間時にTE野の深層で36野のニューロン活動とのコヒーレンスが強くなっています(図右:赤丸で囲った部分)。また、各皮質層は組織学的に決定しています(図左)。

<研究者の声>
研究序盤では、領域間の逆行性信号にのみ注目していたので、多点電極は用いていませんでした。そのため、(TE野の記録位置の深さが日ごとに異なるので)日によってコヒーレンスが出たり出なかったりして、コヒーレンスが出る条件がなかなか分かりませんでした。多点電極を導入して、皮質層特異的なコヒーレンスパターンがあることを見つけた日は大変興奮したことを今でも覚えています。この発見がきっかけとなって、皮質層間神経回路との関連を調べるようになり、研究の厚みを増すことができたと思います。本研究では、共著者の方々はもちろん、研究室の皆様との日々の議論が大きな意味を持っていたと思います。今後は、側頭葉以外の領域が記憶想起にどのように関与しているか調べていき、記憶システムとしてどのように大脳ネットワークに実装されているか調べていきたいと思います。

<略歴>
2005年 東京大学大学院医学系研究科機能生物学専攻博士課程修了、博士 (医学)。
東京大学大学院医学系研究科統合生理学教室(宮下保司研究室)助手、同助教を経て、2014年より同特任講師。