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パブロフの条件反射が起こる仕組みを解明、細胞のリアルタイム観察実験で-NICTほか

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2021年08月06日 AM10:40

「音の刺激で犬がよだれを垂らすようになる」時に起こる脳の変化は?

(NICT)は8月5日、パブロフの条件反射の脳内での仕組みを、ショウジョウバエを用いた実験で解明したと発表した。この研究は、同機構の吉原基二郎上席研究員と櫻井晃主任研究員らの研究グループによるもの。研究成果は、「Current Biology」に掲載されている。


画像はリリースより

未解明な脳内の記憶の仕組みが明らかになると、これまでよりも脳の機能に近い知的情報処理をデザインできるようになる。NICT未来ICT研究所神戸フロンティア研究センターでは、脳内情報通信のキーである記憶の基本原理を追求し、それを情報通信に応用する研究に取り組んできた。

」は、19世紀末にイワン・パブロフがイヌを使って行った実験。メトロノームの音のような条件刺激に続いてエサの無条件刺激を与えることを繰り返すと、音の刺激だけで犬はよだれをたらすようになったものだ。音とエサの2つの情報を連合するパブロフ条件反射は、一般によく知られているが、その脳内の仕組みは不明のままだった。

ショウジョウバエの摂食行動を司る細胞の情報処理が変化し、条件反射の行動変容に

パブロフ条件反射のメカニズムを解明するため、研究グループは、遺伝子操作によって特定の細胞で活動をモニターしたり特定の細胞の活動を操作したりできるショウジョウバエを用いた実験を行った。脳内を観察しながら同時に行動観察する実験方法も開発した。

その結果、ショウジョウバエの摂食行動を司令するコマンド(司令)、”フィーディング・”による情報処理が変化することが、パブロフ条件反射の脳内での正体であることが明らかになった。フィーディング・ニューロンは本来エサの刺激で活動する。ところが、イヌへの音刺激の代わりの、「ハエがつかんでいた棒を離す」刺激とエサの刺激を同時にハエに与えることを繰り返すと、棒を離す刺激がフィーディング・ニューロンの活動を操るように変化した。

イヌの場合も同様に、摂食司令ニューロンに新しいつながりができて音の刺激で操られるようになることが条件反射の正体だと予想された。

記憶を担う細胞のつながりをリアルタイムで観察することが可能に

今回の研究に用いられた条件反射の実験系開発によって、記憶を担う細胞のつながりをリアルタイムで観察することが可能になった。つながり形成の仕組みを脳の記憶の基礎過程として知ることにより、脳の記憶の仕組みをまねた新しい知的情報処理のデザインを得ることが期待される。研究グループは、現在、記憶を担う細胞のつながり(世界で初めて目撃されるエングラム=記憶の脳内実体)をリアルタイムで観察している。

「この実験システムを使って、当研究グループから提唱された記憶の一般仮説、「」を検証することで、記憶の仕組みを解き明かすことが期待される」と、研究グループは述べている。

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