脳が未来の記憶に備える重要なプロセスを発見
— 睡眠は単なる休息ではない —
本研究のポイント
1. 記憶は、「記憶を担う神経細胞集団（エングラム細胞集団）（注1）」に保存されるが、エングラム細胞は出来事を経験した時に形成されるのか、それとも事前に脳内に準備されているのか、もしそうならどのように準備されているのかは不明のままだった。
2. 自由に行動しているマウスの脳内で記憶エングラム細胞の活動を観測する独自の技術を使って、少し先の未来の記憶を担うエングラム予備細胞が、その経験をする前の睡眠中に既に脳内に準備されている様子を観察することに成功した。
3. 未来の記憶を担うエングラム予備細胞集団は、別（前）の出来事を記憶した後の睡眠中にその記憶のエングラム細胞集団と同時に活動して出現することから、エングラム予備細胞の形成は前の記憶の影響を受けていることが示唆された。
4. 以上より、睡眠中には①過去の記憶の保存と、②未来の記憶への準備という2つのプロセスが並行して進行していることが明らかになった。
研究概要
富山大学 学術研究部医学系 生化学講座の井ノ口 馨 卓越教授とカレド ガンドウル（Khaled Ghandour）特命助教らのグループは、過去の記憶の保存と未来の記憶への準備という2つのプロセスが、睡眠中に並行して進行していることを初めて明らかにしました。
本研究グループは、自由行動下のマウスの脳内で「記憶を担う神経細胞集団（エングラム細胞集団）」とそれ以外の細胞の活動を光で観測する技術（注2）を使い、脳の海馬中にあるエングラム細胞集団が、新しい出来事や経験を記憶する前の睡眠中の段階ですでに準備されて活動している様子の観察に成功しました。さらに、未来の記憶のために準備されているエングラム予備細胞集団は、前の記憶直後の睡眠中にエングラム細胞以外の細胞から出現し、前の記憶を担っているエングラム細胞集団と同時に活動することが分かりました。このことから、エングラム予備細胞の出現には前の記憶が影響していることが推測されます。続いて、エングラム予備細胞集団が出現するメカニズムを調べるために、神経回路モデルによるシミュレーションを行いました。この結果、エングラム予備細胞集団が出現するためには、前の記憶のエングラム細胞の再活動の影響を受けてエングラム細胞以外の細胞で起こる睡眠中のシナプスの変化が重要であることが提唱されました。以上の結果は、睡眠は単なる休息ではなく、睡眠中の脳は「舞台裏で」積極的に働いており、過去の記憶を定着しつつ、未来の記憶に備えるという2つの役割を果たしていることを示しています。
本研究は、情報通信研究機構 脳情報通信融合研究センターの芳賀 達也 研究員、獨協医科大学の大川 宜昭 准教授、香港城市大学のChi Chung Alan Fung（チー チャン アラン ファン）助理教授、北海道大学の佐藤 正晃 講師（現京都工芸繊維大学教授）、沖縄科学技術大学院大学の深井 朋樹 教授らと共同で行われたものです。
本成果は、科学技術振興機構（JST） 戦略的創造研究推進事業 CREST（課題番号JPMJCR23N2）によって得られました。
用語解説
注1）エングラム細胞集団
エングラムとは記憶の痕跡の意。ある出来事を経験すると、その経験に応じて脳の特定の神経細胞が活性化し、エングラム細胞に変化することで記憶が符号化される。そして同じエングラム細胞の集団が再び活動すると、その記憶が呼び起こされることが分かっている。本研究グループは、海馬CA1のエングラム細胞を人工的に活性化することで記憶を操作できることを2015年に発表している（Ohkawaら, Cell Reports, 11: 261-269）。
注2）エングラム細胞集団とそれ以外の細胞の活動を光で観測する技術
神経細胞は活動するとカルシウムイオンが細胞内に流入することから、カルシウムイオン濃度の変化に応じて蛍光を発する人工的な蛍光タンパク質G-CaMP7に着目し、それを海馬の神経細胞で作り出すことができる遺伝子改変マウス（Thy１::G-CaMP7）を準備した。一方、記憶エングラム細胞を別の蛍光タンパク質KikGRで観察できる遺伝子改変マウス（c-fos::tTA遺伝子改変マウス）を準備しておき、両者を交配させることで、神経細胞の活動（G-CaMP7の蛍光）と記憶エングラム細胞の存在（KikGRの蛍光）を区別して観察することができるマウス（二重遺伝子改変マウス）を作出した。ここでいう技術は、このマウスの海馬に内視鏡としてロッド型レンズを挿入して、神経細胞の活動（G-CaMP7の蛍光）と記憶エングラム細胞の存在（KikGRの蛍光）を超小型蛍光顕微鏡で観察できる技術のこと。この技術は、2019年に発表した論文（Ghandourら, Nature Communications, 10: 2637）で本研究グループが確立したもの。
研究内容の詳細
脳が未来の記憶に備える重要なプロセスを発見 — 睡眠は単なる休息ではない —[PDF, 5MB]
論文情報
論文名
Parallel processing of past and future memories through reactivation and synaptic plasticity mechanisms during sleep.
著者
Khaled Ghandour#, Tatsuya Haga#, Noriaki Ohkawa#, Chi Chung Alan Fung, Masanori Nomoto, Mostafa R. Fayed, Hirotaka Asai, Masaaki Sato, Tomoki Fukai, Kaoru Inokuchi＊ （#：共同筆頭著者， ＊：責任著者）
掲載誌
Nature Communications
DOI
https://doi.org/10.1038/s41467-025-58860-w
お問い合わせ
富山大学学術研究部医学系 生化学講座
教授 井ノ口 馨
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