Functional dissociation of place and spatial view codes in primate hippocampus
本研究は、霊長類の海馬には位置、視点、および結合細胞の明確かつ共存する集団が含まれていることを示し、頑健な齧歯類様の場所コードが霊長類にも存在するものの、手法や課題に関連する要因によってこれまで見落とされてきたことを示すことで、種間の違いに関する論争を解決するものである。
原論文は CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) でライセンスされています。 これは査読を受けていないプレプリントのAI生成解説です。医学的助言ではありません。この内容に基づいて健康上の判断をしないでください。 免責事項の全文を読む
あなたの脳が、単に「あなたはここにいます」と教えるだけでなく、そこにいる間に「一体何を見ているのか」を正確に突き止めようとしている、超高性能なGPSだと想像してみてください。何十年もの間、科学者たちは、異なる動物においてこのGPSがどのように機能しているのかについて議論してきました。ラットの場合、そのシステムはすべて「場所」に関するものです。ラットが迷路の特定の場所に移動すると、脳内の小さな細胞グループが街灯のようにパッと点灯し、「メイン通りとエルム通りの角にいます！」と告げるのです。これが有名な「場所細胞（プレイス・セル）」です。しかし、サルの研究が進むと、物語は違って見えました。霊長類は素晴らしい目を持っており、周囲を見渡すことを好むため、多くの研究者は、私たちの脳のGPSは実は「ビュー・セル（視界細胞）」であると考えていました。このビューの視点では、脳は足がどこにあるかには関心がなく、ただ目が何を見ているかだけを気にしています。もしあなたが立ち止まって木を見つめれば、たとえその木に向かって歩いている最中であっても、同じ細胞が反応するのです。これにより、大きな論争が生まれました。ラットとサルは全く異なる地図を使っているのか、それともサルの脳は、その「見る」という行為の背後に「場所」の信号を隠しているだけなのか？
この論文は、脳のためのより優れたカメラを構築することで、この謎つぐをようやく解明する探偵小説のようなものです。イナ・リー（Inah Lee）とジュンヨル・リー（Joonyeol Lee）率いる研究チームは、サルが本当にあの古典的な「場所細胞」を持っているのか、それとも単に「ビュー・セル」に変装しているだけなのかを知りたいと考えました。これを行うために、彼らは単にサルを歩かせたのではありません。二匹のアカゲザルをバーチャルリアリティ（VR）のビデオゲームの中に投入したのです。サルは椅子に座り、頭を固定し、ジョイスティックを使って、緑豊かな「森」と賑やかな「都市」という、二つの全く異なる世界の中を一本の長い直線コースに沿って進みました。道中、彼らは報酬として水を得るために正しい物体を選ばなければならず、そのため周囲の環境に細心の注意を払う必要がありました。科学者たちは、サルの視線がまさにどこを見ているかを同時に追跡しながら、海馬（脳の記憶とナビゲーションの中心）における個々の細胞の電気的な火花を記録しました。
ここでひねりがあります。科学者たちは、高度な数学的トリック（一般化線形モデル）を使用して、「自分がどこにいるか」という信号と「何を見ているか」という信号を分離したのです。これまでは、コースを進むと「位置」と「視界」が通常連動して変化するため、両者を区別することが困難でした。しかし、数学的にこれらを解きほぐすことで、驚くべき事実が判明しました。サルの脳は単なるどちらか一方ではなく、3つの異なる「近隣地域」を持つ、活気ある都市のようなものだったのです。
第一に、彼らは**ポジション・セル（位置細胞）**を発見しました。これらは、私たちがラットで見られるような古典的な「場所細胞」です。調査したニューロンの約42%がこれに該当しました。これらの細胞は、サルが何を見ているかに関わらず、コース上の特定の場所にいるときに反応しました。これらの細胞は安定しており、サルがコースを走るたびに同じ場所で反応しました。また、彼らは「リマッピング（再構成）」、つまりサルが「森」から「都市」に切り替えたときに、近隣の通りの名前が変わるような現象も見せました。もしある細胞が「森」での「コースの始点」で反応していたとしても、「都市」では「コースの終点」で反応するかもしれません。これは、サルの脳が、ラットと同様に、確固たる場所に基づいた地図を持っていることを証明しています。
第二に、彼らが発見したのは**ビュー・セル（視界細胞）**です。これらはニューロンの約50%を占めていました。これらの細胞はサルの体の位置には関心がなく、サルの目が仮想世界の特定の場所を見ているときのみ反応しました。もしサルが左側の木を見たなら、たとえコースの真ん中に立っていたとしても、これらの細胞は点灯しました。これらの細胞は視覚的な世界をマッピングすることに優れており、サルが見ているものの安定したイメージを作り出していました。
第三に、そしておそらく最も興味深いことに、彼らは**コンジャンクティブ・セル（結合細胞）**を発見しました。これらは「マルチタスカー（多才なもの）」であり、ニューロンの25%を占めていました。これらの細胞はハイブリッドであり、サルが特定の場所にいて、かつ特定の視界を見ているときにのみ反応しました。彼らは「どこにいるか」と「何を見ているか」を、一つの複雑な信号へと統合したのです。
この論文は、これまでサルの「場所細胞」が見逃されてきたのは、科学者たちが「どこにいるか」と「何を見ているか」を分離しようと十分に注意を払っていなかったからだと示唆しています。サルに場所細胞がないのではなく、これまでの研究における課題や環境において、「視界」の信号があまりに大きく、「場所」の信号をかき消してしまっていた可能性があるのです。詳細で豊かなVRゲームと、二つの信号を孤立させることができる数学モデルを用いることで、研究者たちは、霊長類の海馬が実際にはハイブリッドなシステムであることを明らかにしました。それは、自分がどこにいるかという強固な地図と、何を見ているかという明確なイメージ、そしてその両方を組み合わせる特別な細胞群を保持しているのです。ですから、次にあなたが通りを歩いていて建物を見つけたとき、あなたの脳は両方を行っています。あなたの足が正確にどこにあるのかを知ると同時に、あなたの目が正確に何を見ているのかも、同時に理解しているのです。論争の本質は、どちらが正しいかということではなく、脳がいかにして両方を用いて、私たちの複雑な世界をナビゲートしているかということなのです。
自分の分野の論文に埋もれていませんか？
研究キーワードに一致する最新の論文のダイジェストを毎日受け取りましょう——技術要約付き、あなたの言語で。