トップダウン入力による記憶固定化機構の究明

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睡眠時において脳は、覚醒時に体験した感覚情報等を記憶として固定化することが知られている。では、どのように記憶は固定化されるのであろうか。感覚入力が脳にあまり入ってこない睡眠時では、脳で自発的に生成されるトップダウン入力が記憶の固定化に関与していると長年考えられてきた。最近、研究代表者の所属する研究チームは、トップダウン入力元の同定、入力先の同定、選択的制御法等の確立などを行い、この仮説を実験的に検証し、ノンレム睡眠時のトップダウン回路が触知覚の記憶固定化に関与することを明らかにした。本研究では、先行研究を足がかりに、触知覚記憶の固定化に関わる皮質トップダウン投射活動、この受け手である皮質5層神経細胞の樹状突起活動、スパイン活動を操作 ・記録し、これとマウスの記憶行動との因果関係を明らかにした。さらに、学習によって活性化した樹状突起においてスパインの形態変化を追跡することで、記憶の保持・固定化に関わるシナプス・回路レベルのメカニズムについても明らかにした。一連の研究から、「トップダウン入力を伝えるM2軸索と、トップダウン入力を受けやすい5層錐体細胞の樹状突起はノンレム睡眠時に同期発火を発生させ、スパイクタイミング依存の可塑性によって学習に関連したスパインの形成や増大が生じ、最終的に記憶が定着する」、という仮説を裏付ける結果が得られた。以上は記憶に関連する皮質間メカニズムの解明に寄与するとともに、記憶力低下を伴う睡眠障害や認知症の予防に貢献すると考えられる。