Temporal instability weakens entorhinal grid-like coding in older adults

年を重ねるにつれて、鍵をどこに置いたかを思い出したり、見慣れた近所をナビゲートしたりする能力が、以前ほど信頼できなくなることがよくあります。このような空間記憶とナビゲーションの低下は加齢に伴う一般的な現象ですが、すべての人に同じように起こるわけではありません。中には、若かりし頃と同じくらい鋭敏で方向感覚を保っている高齢者もいれば、深刻な困難を感じている人もいます。科学者たちは、脳の側頭葉の奥深くに位置する特定の部位が、これらの能力において中心的な役割を果たしていると長年疑ってきました。この領域には、私たちが空間を移動する際に繰り返される六角形のパターンとして発火する、内部GPSのような役割を果たす特殊な細胞が含まれています。脳内では、このパターンがメンタルマップ（精神的な地図）を作成し、私たちがどこにいて、目的地にどのように到達すればよいかを知る助けとなります。このシステムがうまく機能しているとき、私たちは地に足がついた感覚を持ちますが、それが機能不万全になると、迷子になったように感じることがあります。

長年、研究者たちは、こうしたナビゲーションスキルの低下は、単に脳内の内部地図が加齢とともに消え去ったり、完全に消失したりするためであると考えてきました。しかし、新しい研究は、問題はもっと微妙なものである可能性を示唆しています。地図が消えてしまうのではなく、地図が不安定になり、時間の経過とともに漂ったり、揺らいだりしている可能性があるというのです。この不安定さによって、たとえ地図自体がまだ存在していたとしても、その地図を継続的に利用することが困難になる可能性があります。高齢者の脳信号がどのように振る舞うかを詳細に観察することで、科学者たちは、なぜ一部の人々が空間スキルを維持でき、他の人々がそうでないのかという鍵となる理由を見出し、脳が方向感覚を保持する方法における特定の種類の信頼性を指摘しました。

これを調査するために、ドイツのマクデブルクにある神経変性疾患センターの研究チームは、平均年齢75歳の健康な高齢者85名を対象に研究を行いました。彼らは参加者に、MRIスキャナー（脳の活動の詳細な画像を取得する装置）の中でタスクを行うよう求めました。参加者は体を動かすのではなく、正方形の仮想の部屋の中を歩く人物のビデオを視聴しました。移動しながら、彼らは部屋の周囲に配置された5つの異なる物体の場所を覚えておく必要がありました。歩行の後は、それらの物体がどこにあったかをどの程度思い出せるかをテストされました。研究者たちは、同じ環境に対して脳がどのように反応するかを確認するために、物体を異なる場所に配置してこのプロセスを2回繰り返しました。

科学者たちは、特に後内側嗅皮質（こうないしゃくひしつ）における特定の信号に注目しました。ここは、私たちの内部地図を形成する格子状の細胞を収めていることで知られる、脳の小さな領域です。健康で機能している脳では、人がさまざまな方向に移動するにつれて、この領域が予測可能な六角形のパターンとして光ります。研究者たちは、各参加者におけるこの信号の強さを測定しました。予想通り、この信号の強さは高齢者の間で大きく差がありました。若い人と同じような明確で強いパターンを示す人もいれば、非常に弱い、あるいはほとんど存在しない信号を示す人もいました。驚いたことに、研究者たちは、個人の年齢だけではこれらの違いを説明できないことを発見しました。90歳でも強い信号を示すことがあり、一方で65歳でも弱い信号を示すことがあったため、単純な加齢以外の何かが作用していることを示唆しています。

チームは次に、問題が単に脳の地図が欠落していることなのか、それとも地図は存在するが不安定なのかを問いかけました。それを確かめるために、彼らはタスクの1回目から2回目にかけて、脳の活動がいかに一貫していたかを調べました。彼らは、同じ方向への移動に対して、脳が毎回同じパターンの活動を生み出しているかどうかを測定しました。その結果、格子の信号の強さは、この安定性と密接に関連していることが分かりました。左側の嗅皮質において、2回の実行間で一貫した安定した活動パターンを生み出した参加者は、最も強い格子信号を示しました。活動が実行間で漂ったり変化したりした人々は、信号が弱くなっていました。この発見は、問題が必ずしも脳が地図を作る能力を失ったことにあるのではなく、その地図をいかに安定させ、信頼できるものにするかに苦労していることにあることを示唆しています。

研究者たちはまた、この安定性が現実世界の記憶に影響を与えるかどうかについても調査しました。左嗅皮質においてより安定した脳パターンを持つ高齢者は、仮想の部屋の物体の位置をより良く記憶していることが分かりました。この関連性はパターンの「安定性」に特有のものでした。信号の純粋な強さ自体は、一貫性ほど明確に記憶のパフォーマンスを予測することはありませんでした。これは、後で情報を呼び出す必要があるとき、脳内に信頼できる、変化しない参照点を持っていることが極時重要であることを意味しています。

なぜ一部の脳が他の脳よりも安定しているのかを理解するために、チームはこれらの領域における脳組織の物理的構造を調べました。彼らは組織の容積、信号の伝達を助ける脂肪のコーティングである髄鞘（ミエリン）の量、および微細構造の完全性を調べました。その結果、これらの物理的な特徴と格子の信号の安定性の間に明確な関連性は見られませんでした。完璧に見える健康な脳構造を持つ人が不安定な地図を持つこともあれば、わずかな構造的変化を持つ人が非常に安定した地図を持つこともありました。これにより、単純な物理的な摩耗や消耗が不安定さの直接的な原因であるという考えは否定されました。

研究チームは、この不安定性の原因を脳内のネットワークのさらに遡ったところへと追跡しました。嗅皮質は、方向に関する情報を他の領域、例えば、背側の領域付近にあり、周囲の環境に対する自身の向きを把握するのを助ける室傍皮質（しつぼうひしつ）などから受け取っています。研究者たちは、この室傍皮質における方向信号がどれほど安定しているかを測定しました。すると、室傍皮質が安定した信頼できる方向感覚を提供しているとき、嗅皮質はより安定した格子パターンを維持できることが分かりました。実際、室傍皮質の信号の安定性は、参加者の記憶パフォーマンスに間接的に影響を与えているようでした。これは、室傍皮質の信号が、嗅皮質の格子を安定させるのを助けることで、記憶のパフォーマンスに影響を与えていることを示しています。これは、脳の後方からの信頼できる方向感覚が、脳の中央にある内部地図を固定するアンカー（錨）となり、地図が漂うのを防いでいるという一連の出来事を示唆しています。

これらの知見は、なぜ一部の高齢者において空間記憶が低下するのかについて、新しい考え方を提供しています。脳の内部GPSは、加齢とともに必ずしも消失するわけではないようです。むしろ、システムがより信頼性の低いものになり、使用しようとするたびに地図がわずかに漂ったり、ずれたりしている可能性があります。この不安定さは、システムに入ってくる方向情報の質に起因しているようです。もし脳が、自分がどの方向を向いているかという安定した感覚を保持できなければ、内部地図は揺らぎ、場所を覚えたり効果的にナビゲートしたりすることが困難になります。この研究は、人生の後半において空間スキルを維持するための鍵は、地図そのものを保存することではなく、その地図を世界に対して整列させておくための、安定した参照点を脳が確実に持てるようにすることにあると強調しています。