ほとんどの記憶には何らかの情動連合が伴っている。ビーチで過ごした一週間を思い出すと楽しい気持ちになることだろうし、いじめられた経験を思い出すといやな気持ちになるはず。MITの神経学者チームの新研究で、記憶が快い感情、不快な感情とどのように結びつくかを決める脳の回路が明らかにされた。さらには、光の照射でニューロンの活動を制御するオプトジェネティクスと呼ばれるテクニックを使って脳細胞を操作し、特定の記憶と情動連合を反転させられることにも成功した。
2014年8月27日付Nature誌オンライン版に掲載されたこの研究論文は、海馬と扁桃体を接続するニューロン回路が情動と記憶の連合に重要な役割を果たしていることを明らかにした。研究チームは、｢この回路をターゲットとする新薬を開発し、心的外傷後ストレス障害 (PTSD) などの障害の治療を助けることもできる｣と述べている。この論文の首席著者で、MITのPicower Institute for Learning and Memory のPicower Professor of Biology and Neuroscience、RIKEN-MIT Center for Neural Circuit GeneticsのDirectorなどを兼任する利根川進博士 (写真) は、｢将来、不快な記憶よりも快い記憶をより強く思い出すような方法を見つけることができるかも知れない｣と述べている。
利根川博士は、多様な抗体を生成する遺伝メカニズムの発見で1987年にノーベル生理学医学賞を受賞している。またこの研究論文の筆頭著者は、MIT, Howard Hughes Medical Instituteのポスドク、Dr. Roger Redondoと、MIT, Department of BiologyのJoshua Kim院生が務めている。
記憶はいくつもの構成要素で成り立っており、それぞれ脳の異なる領域に保存されている。その事象がどこで起きたかという情報など記憶の背景情報は海馬の細胞に保存されているが、その記憶に関連する情動は扁桃体に保存されている。これまでの研究で情動連合など記憶の様々な部分が非常に柔軟であることが突き止められている。
精神分析医はこのような記憶の柔軟性を利用して抑鬱症やPTSD患者の治療を行っているが、このような柔軟性の基になっている神経回路の働きについてはまったく分かっていない。
この研究では、研究チームは最近開発した、特定の記憶をエンコードするニューロン、あるいは記憶痕跡と呼ばれるものにタグを付けるという実験的手法でマウスの記憶の柔軟性を探った。そのため記憶形成の過程で活性化される海馬細胞にチャネルロドプシンという感光性タンパク質でラベル付けしている。
その時点から、その部分の細胞を光によって活性化するとマウスはその細胞グループがエンコードしている記憶を思い出すことになる。昨年、利根川博士の研究室では、マウスが他の経験をしている間に記憶痕跡を再活性化することでニセの記憶を植え付けた。
この研究で、研究チームは記憶の背景情報がどのようにして特定の情動と結びつけられるのか突き止めることを考えた。まず、記憶痕跡ラベリングのプロトコールで報酬経験 (オス・マウスにはメス・マウスとのじゃれ合い) または不快経験 (軽度の電気ショック) に関連するニューロンにタグを付けた。
第一の実験では、海馬中の歯状回という部位の記憶細胞にラベルを付けた。2日後、マウスを大きな長方形の箱に入れ、箱を半々二つの区画に分けた。その後3分間はマウスが箱のどちら側を好むかを記録した。その後、恐怖条件付けを与えておいたマウスがその好む側に行くと光を照射して歯状回のラベル付けしておいた細胞を刺激した。
間もなくするとマウスは箱のそちら側に行くのを避けるようになり、恐怖の記憶を甦らせることに成功したことを示した。報酬記憶についても甦らせる実験を行った。
報酬条件付けされたマウスがもともとそれほど好まなかった側に行くと光を照射して報酬記憶を甦らせた。間もなくするとマウスがそちら側で過ごす時間が長くなり、快い記憶を思い出していることが推測できた。
2,3日後、研究チームはマウスの情動的反応を反転させる実験を行った。恐怖条件付けしてあったオス・マウスをメス・マウスと一緒に過ごさせている間、12分間にわたって光を照射し、恐怖の記憶を保存している記憶細胞を活性化した。報酬条件付けをしてあったマウスには軽度の電気ショックを与えながら光を照射し、記憶細胞を活性化した。
その次に、マウスを先ほどの大きな箱に入れた。恐怖条件付けをしてあったマウスは、以前にはレーザー光線で海馬の細胞を活性化すると実験前には好んでいた側を避けるようになったが、今度は海馬の細胞を活性すると再び以前に好んでいた側で過ごすようになり、恐怖の情動連合が快感の情動連合に取って代わられたことを示している。
このような情動連合の反転は報酬条件付けから恐怖条件付けに転換したマウスでも起きていた。
研究チームは同じような一連の実験をしたが、今度は、感情を処理する扁桃体基底外側部と呼ばれる領域の記憶細胞にラベル付けした。今度は記憶細胞を再活性化することでは情動連合が反転しなかった。マウスは最初に記憶細胞にラベル付けした時と同じ条件付けで行動した。
研究チームは、｢このことから、誘意性とも呼ばれる情動連合は、歯状回と扁桃体を接続する神経回路のどこかにエンコードされていることが推定できる｣と述べている。
恐怖の経験は海馬記憶痕跡と扁桃体内の恐怖エンコーディング細胞との間の接続を強化するが、海馬と扁桃体細胞の間で快い情動連合をエンコードする新しい接続が形成されれば、恐怖経験の接続も薄れていくことになる。
利根川博士は、｢海馬と扁桃体との間の接続の可塑性は記憶の誘意性の切り替えに重要な役割を果たしている｣と述べている。この研究結果は、歯状回細胞は情動には関係していないが、個々の扁桃体細胞は予め恐怖記憶、報酬記憶のエンコード向けに用意されていることを示している。
現在、研究チームはこの2種の扁桃体の指標分子を発見することを目標としている。また、抑鬱症やPTSDの治療に快い記憶を再活性化することで何らかの効果があるかどうかを調べている。もし効果がみられれば、これをターゲットとする新薬の開発も考えられる。
この研究には関わっていないCalifornia Institute of Technology (Cal Tech) の生物学教授、Dr. David Andersonは、｢この研究は、神経学界にとっては脳の基礎的理解を深める上で重要な研究になった。そればかりか、精神障害治療の新しい可能性も秘めている｣と述べている。さらに、｢学習と記憶というプロセスを神経回路レベルで分析するために現代的な分子生物学的方法を応用した見事な手法だ。このタイプの研究でこれほど高度なものはほとんど見たことがない｣と述べている。
この研究は、理化学研究所脳科学総合研究センター、Howard Hughes Medical Institute、JPB Foundationの研究助成金を得て行われた。
■原著へのリンクは英語版をご覧ください: Good to Bad and Bad to Good--“Tour de Force” by Nobel Prize Winner and MIT Team Reverses Emotional Associations of Memories--Possible Applications in Mental Illnes
