ミシガン大学の研究者たちが、睡眠段階の順序が記憶の強化と整理において重要であるという新しい理論を提案しました。
マウスを使った研究や計算モデルに基づき、研究者たちはノンレム睡眠が新しい記憶を強化する一方で、REM睡眠が重複または無関係な記憶を剪定することを発見しました。
このサイクルを逆にすると、記憶が劣化することが明らかになり、睡眠段階の自然な進行が進化的に珍しいことではない理由を浮き彫りにしています。
さらなる研究が必要ですが、これらの発見は睡眠の構造が学習と記憶をどのように支持するかについての魅力的な説明を提供しています。
記憶の「庭作り」：ノンレム睡眠は記憶を成長させ安定させ、REMは重複した記憶を剪定します。
順序が重要：ノンレム睡眠からREM睡眠の順序を逆にすると、記憶が失われる可能性が高まります。
モデル駆動の洞察：マウスのデータと回路ベースのシミュレーションを組み合わせることで、睡眠中のアセチルコリンの動態が記憶をどのように形作るかを明らかにしました。
人間や他の生物が睡眠によって生理的および精神的な健康を保つことは広く知られていますが、科学的にはそのメカニズムは未だ解明されていない部分が多いです。
ミシガン大学の研究者たちは、睡眠の重要なパターンの一つであるノンレム睡眠からREM睡眠への繰り返しサイクルの機能に関する理論を構築しました。
すべての生物が同じ基本的なパターンを持っていることから、何か非常に重要な理由があると考えられています。
「この順序には非常に重要な意味があるだろうということは分かります」と、分子細胞発生生物学の教授であるサラ・アトンは述べました。
この研究チームの理論は、実験観察とコンピュータモデリングを通じて形成されました。
その理論は、もし記憶を低木に例えるなら、ノンレム睡眠はそれを高く強く成長させ、REMは形を維持しつつ、記憶が重ならないよう剪定する役割を持つと説明されています。
「この順序でなければ機能しないのです。もし、REMが先に来てしまうと、全てを剪定してしまい、記憶が残らなくなってしまう」とアトン氏は述べています。
ノンレム睡眠では、記憶に必要なことが強化され、REMがそれらの無関係な部分を剪定します。
マウスを使った研究では、記憶の形成における睡眠の影響が観察され、人間では特定の場面における記憶の重要さが示唆されています。
たとえば、ある日3回の会議があった場合、良好な睡眠をとることでこれらの会議をより良く記憶できることが知られています。
ノンレム睡眠では各会議の記憶が強化され、REMによって誰が何を言ったかを記憶するための関連付けが保持されるのです。
この研究は『PLoS Computational Biology』に発表され、全米科学財団やチャン・ザッカーバーグ・イニシアティブ、国立衛生研究所の支援を受けました。
このプロジェクトは、NIHの「脳研究を進化させる革新的神経技術を通じて」のBRAINイニシアティブによって、最近数年間にわたるコミュニティ全体の進展によって可能となりました。
研究チームはマウスの脳を監視し、異なる睡眠段階中の海馬のどの部分が活動しているかを調べました。
マウスは自宅から新しい環境に移され、数分間探索した後に小さなショックを受けました。
これにより、研究者は新しい空間とショックとの関連を持たなかったマウスと比較することで、不眠とREM睡眠の影響を分析しました。
しかし、現在の技術では特定の記憶を符号化しているニューロンを特定することが難しく、研究チームはモデリングを用いて結果を補完しました。
このモデルは、新たに符号化された記憶をニューロンの活動の変化と見なしており、その活動は睡眠の異なる段階に関するアセチルコリンの影響を受けています。
「私たちは実際に学習イベントによってどのニューロンが活性化されるかをシミュレートできます」と、アトン氏は言います。
このモデルでは、興奮性ニューロンと抑制性ニューロンの2種類のニューロンが存在し、それぞれが他のニューロンに刺激を与えたり、活動を抑えたりします。
研究者たちは、現実のデータとアセチルコリンレベルの変化を結びつけることで、結論を導き出しました。
この結果に研究者たちは興奮していますが、今後もこの理論がどのように進化するかは分からないと強調しています。
「今あるのは、『これが起こるかもしれない』という研究です」と、ゾホウスキ氏は結論付けました。
「このモデルが現実と結びついていることを確認する必要があります。」
画像の出所：neurosciencenews