私たちが何かを「決断」するとき、脳の中では一体何が起きているのでしょうか。これまでは、脳の特定の領域が司令塔となって指示を出していると考えられてきました。しかし、もしその常識が覆されるとしたら？今回、大規模な国際共同研究チームが、マウスの脳全体をかつてない解像度で観察し、意思決定がまるで壮大なオーケストラのように、脳の多くの領域が協調して行われるダイナミックなプロセスであることを突き止めました。脳科学の教科書を書き換えるかもしれない、驚くべき発見をご紹介します。
国際脳科学研究所（IBL: International Brain Laboratory）の研究者たちは、2025年9月3日に科学雑誌『Nature』に2本の論文を発表し、マウスの脳全体で意思決定がどのように展開されるかを単一細胞の解像度で明らかにした知見を公開しました。この脳全体の活動マップは、脳内の情報処理に関する従来の階層的な見方に異議を唱え、意思決定が多くの領域にわたって高度に協調した方法で分散していることを示しています。
IBLの共同設立者であり、ジュネーブ大学のグループリーダーでもあるアレクサンドル・プジェ教授（Alexandre Pouget）は次のように付け加えています。「意思決定中の単一ニューロンの活動を、脳全体にわたって完全にマッピングしたのはこれが初めてです。12の研究室でマウスの半数百万以上のニューロンから記録し、マウスの脳体積の95%に相当する279の脳領域をカバーした、前例のない規模です。意思決定の活動、特に報酬に関する活動は、脳をクリスマスツリーのように明るく照らし出しました。」
この脳マップは、ヨーロッパとアメリカの複数の大学にまたがる神経科学者たちによる大規模な国際共同研究によって実現しました。2017年に正式に発足したIBLは、複数の研究室で標準化されたツールセットとデータ処理パイプラインを共有し、データの再現性を確保するという、神経科学における新しい共同研究モデルを導入しました。ウェルカム財団とサイモンズ財団の支援を受けたこの先見的なアプローチは、CERN（欧州原子核研究機構）やヒトゲノム計画といった物理学や生物学における大規模共同研究から着想を得ています。
ユニバーシティ・カレッジ・ロンドン（UCL）セインズベリー・ウェルカム・センターの所長であり、両論文の共著者でIBLの中心メンバーの一人であるトム・ムルシック-フロゲル教授（Tom Mrsic-Flogel）は次のように述べています。「物理学における大規模な共同研究が、単独の研究室では答えられない問題に取り組む上でいかに成功してきたかを私たちは見てきました。そして、同じアプローチを神経科学でも試したかったのです。脳は私たちが知る宇宙で最も複雑な構造であり、それがどのように行動を駆動するかを理解するには、その複雑さに匹敵する規模の国際協力が必要です。」
12の研究室の研究者たちは、ニューロピクセルプローブ（Neuropixels probes）と呼ばれる最先端の電極を用いて神経記録を同時に行い、マウスが意思決定タスクを実行している間の脳活動を測定しました。このタスクでは、マウスはスクリーンの前に座り、左右どちらかに光が現れます。マウスはそれに応じて適切な方向に小さな車輪を動かすことで報酬を受け取ります。
しかし、試行によっては光が非常に微かであるため、動物はどちらに車輪を回すべきか推測しなければなりません。マウスは、以前に光が左右どちらに現れたかの頻度を利用して、この推測を行います。これらの困難な試行によって、研究者たちは事前の期待が知覚や意思決定にどのように影響するかを研究することができました。
最初の論文「A Brain-Wide Map of Neural Activity During Complex Behaviour（複雑な行動中の脳活動の全脳マップ）」は、意思決定シグナルが驚くべきことに特定の領域に限定されず、脳全体に分散していることを示しました。これは、脳機能の従来の階層モデルに挑戦する研究が増えつつある中で、それに加わるものです。そして、意思決定、運動の開始、さらには報酬の処理中に、脳領域間で絶え間ないコミュニケーションがあることを強調しています。この脳全体の活動は、神経科学者が将来、複雑な行動を研究する際に、より全体論的で脳全体を視野に入れたアプローチを取る必要があることを意味します。
2番目の論文「Brain-Wide Representations of Prior Information（事前情報の全脳表現）」は、最近の経験に基づいて何が起こりそうかという私たちの信念である「事前の期待」が、脳全体で符号化されていることを示しました。驚くべきことに、これらの期待は認知領域だけでなく、感覚情報を処理し行動を制御する脳領域にも見られました。例えば、期待は視床のような初期の感覚領域、つまり目からの視覚入力に対する脳の最初の中継点でも符号化されています。これは、脳が予測マシンとして機能するという見方を裏付けるものであり、複数の脳構造にわたって符号化された期待が、行動応答を導く上で中心的な役割を果たしていることを示唆しています。これらの発見は、脳内での期待の更新方法の違いによって引き起こされると考えられている、統合失調症や自閉症といった疾患の理解に応用できる可能性があります。
IBLの中心メンバーの一人であり、両論文の共著者であるUCLクイーン・スクエア神経学研究所のケネス・ハリス教授（Kenneth Harris）は次のように述べています。「伝統的に、神経科学は脳領域を単独で見てきました。脳全体を記録するということは、今やすべてのピースがどのようにはまっているかを理解する機会を得たということです。これは一つの研究室には大きすぎるプロジェクトであり、この規模での協力が可能だったのは、この分野で最高の人材である私たちのスタッフサイエンティストたちの献身と才能のおかげです。」
同じくIBLの中心メンバーで両論文の共著者であるUCL眼科学研究所のマッテオ・カランディーニ教授（Matteo Carandini）はこう語ります。「IBLが、これほど高い空間的・時間的解像度で初の全脳活動マップを提供したことを非常に喜ばしく思います。このマップは65万以上の個々のニューロンの活動を、単一スパイクの解像度で記述しています。この活動が、意思決定を構成する脳の感覚的・運動的活動の基礎となっています。このマップは素晴らしいリソースであり、すでに無数の科学者によって探求され、予期せぬ発見を生み出しています。これはチームサイエンスとオープンサイエンスの大きな成功です。」
今後、IBLのチームは、当初の焦点であった意思決定を超えて、より広範な神経科学の問題を探求することを計画しています。新たな資金を得て、IBLは研究範囲を拡大し、大規模で標準化された実験を支援し続けることを目指しています。IBLのモデルに従い、科学を民主化し加速させ、データの再現性を高めるために、そのツール、データパイプライン、プラットフォームを世界の科学コミュニティと共有し続けます。
画像：成体マウスの脳全体で、意思決定課題の異なる段階にわたって活動する75,000個のニューロン（色付きドット）の可視化。ドットの大きさは細胞の平均発火率を反映しており、大きなドットほど活動性の高いニューロンを示す。各ドットの色は関連する脳領域の異なるグループを表す。データは、行動の全脳マップ作成を目指す国際脳研究所（International Brain Laboratory）の取り組みの一環として収集された。(Credit: Dan Birman (University of Washington/Allen Institute)
[UCL news release] [First Nature paper] [Second Nature paper]
