海馬で距離測定を担う新たな神経コードが発見される

この度、科学者たちは、脳が移動した距離を追跡するために用いる、これまで特定されていなかったメカニズムを解明しました。この仕組みは、ニューロンの電気的活動が段階的に変化することに基づいています。この「経路積分」と呼ばれるプロセスは極めて重要です。なぜなら、アルツハイマー病のような疾患の初期段階でこの機能が損なわれることが多く、患者の方向感覚の喪失を引き起こすからです。

フロリダ州ジュピターに拠点を置くマックス・プランク神経科学研究所（MPFI）の研究チームは、マウスを用いた実験を実施しました。実験では、マウスを外部の手がかりが一切ない仮想環境で訓練しました。これにより、動物たちは移動距離を正確に把握するために、自身の運動感覚のみに頼る必要がありました。この研究には、大学院生のラファエル・ヘルドマン氏と、研究グループの責任者であるインシュエ・ワン氏が上級著者として参加しました。実験中、研究者たちは「場所細胞」で知られる脳の海馬領域において、数千ものニューロンの電気信号を記録しました。

分析の結果、ほとんどのニューロンは特定の場所や時間を符号化しているのではなく、移動距離と直接的に関連する、二種類の相反する活動の増加パターンを示すことが判明しました。一方のニューロン集団は、マウスの移動に伴って高い発火頻度から緩やかに減少するパターンを示しました。対照的に、もう一方のグループは、移動距離が増すにつれて活動が徐々に増加するという逆のダイナミクスを示しました。これら二種類の増加活動が二相性のコードを形成します。すなわち、動きの開始を示す迅速な初期変化と、それに続く距離を数えるためのより緩やかな傾斜です。

この神経メカニズムの重要性は、研究チームがオプトジェネティクスを用いてこれらの神経回路の機能を意図的に妨害した際に裏付けられました。その結果、マウスの距離を正確に判断する能力に障害が生じました。2025年末に発表された論文では、細胞レベルでの構成要素が明らかにされています。ソマトスタチン（SST）を発現する介在ニューロンが、増加活動を示すニューロン群の一方に影響を与え、一方、パルブミン（PV）を発現する介在ニューロンが、もう一方のグループを調節していることが特定されました。

空間ナビゲーションを支えるメカニズムを理解することは、基礎的な意義を持ちます。経路積分の機能低下は、しばしばアルツハイマー病の最も初期の兆候の一つとなるためです。北米におけるマックス・プランク協会の最初かつ唯一の機関であるマックス・プランク神経科学研究所は、神経回路の構造と機能に関する研究を継続しています。チームの今後の取り組みは、これらの増加パターンの生成過程を詳細に調査することに注がれ、それが刹那的な経験から持続的な記憶への変換をより完全に説明する鍵となる可能性があります。