私たちの脳は、空間内での自己の位置特定や、現在の出来事を過去の記憶と結びつけるための洗練されたシステムを構築しています。環境の要素は瞬時に記憶され、部屋を出て廊下を進む際には、数百のニューロンの活動によって形成される精神的な地図が意識に現れます。この地図は、壁の質感の変化を捉え、自身の位置を識別し、廊下が円環状であることを認識することで、旅の始まりと終わりの精神的な表現を結びつけ、一つのループを閉じます。
最近「Neuron」誌に発表された研究は、環境に関する情報が脳内で幾何学的に組織化されていることを初めて明らかにしました。研究者たちは、記憶とナビゲーションに不可欠な海馬領域の数百のニューロンの活動を分析し、部屋と廊下の例では、この表現が三次元的なリングの形で現れることを発見しました。マウスが迷路をナビゲートする際、ニューロンは抽象的な空間における円軌道をたどるように活性化し、旅全体の経験を表すリングを形成します。
この空間認識の基盤には、海馬や嗅内皮質に存在する「場所細胞」や「グリッド細胞」といった特殊なニューロンが関与しています。場所細胞は特定の場所にいるときに活動し、グリッド細胞は迷路のような空間内で六角形のパターンで活性化することが知られています。これらの細胞の発見は、空間ナビゲーションにおける脳のメカニズム解明に大きく貢献し、ノーベル賞の対象ともなりました。
ニューロンの活動は多様であり、床の質感や報酬の存在、方向転換といった具体的な感覚情報をコード化するニューロンもあれば、より広範な環境信号を利用して自身の位置を安定的に把握する表現を整理するニューロンもあります。これらの異なるニューロン集団は、ニューロン活動空間内に並行するリングを形成しますが、それぞれ異なる機能を担っています。通常は協調して機能し経験に安定性をもたらしますが、方向感覚を失った場合、一つの表現が内部コンパスとして固定され、環境認識を維持する役割を果たします。
さらに、育った環境の構造が内部地図の形成に影響を与えることが示唆されています。格子状の都市で育った人々はナビゲーション能力が高い傾向がある一方、複雑な都市構造で育った人々はより複雑な課題に対応できる可能性があります。建築設計においても、明確な動線や分かりやすいサイン計画を持つ建物は、脳が「見通しの良い内部地図」を作成しやすい設計と言えます。これは、外部構造が認知プロセスに深く関わっていることを示唆しています。
これらの幾何学的エンコーディング原理の理解は、思考、記憶、世界認識の方法に新たな道を開きます。この分野は、数学、データサイエンス、バイオエンジニアリング技術を組み合わせ、脳活動のリアルタイム可視化・制御を可能にしています。この進歩は、神経技術、人工知能、そしてアルツハイマー病のように内部地図が劣化する神経疾患の治療法開発に新たな可能性をもたらすでしょう。