研究者グループは、シナプスの強さ、可塑性の精度、脳内の情報記憶を測定する方法を開発しました。 NeuroScience Newsのレポートで示されているように、彼らは情報理論を使用して、シナプスがこれまで考えられていたよりも 10 倍多くの情報を保存できることを発見しました。この発見により、学習、記憶、およびこれらのプロセスが時間の経過とともにどのように進化または劣化するかについての理解が深まりました。
この知識は、神経変性疾患および神経発達疾患の研究を促進するのに役立つでしょう。また、アルツハイマー病などの記憶障害や脳障害の背後にあるプロセスを理解するのにも役立ちます。新しい情報を学習し記憶するプロセスにより、脳内の重要な接続が強化されます。
たとえば、単語カードのデッキをめくるたびに、定義がより迅速かつ簡単に表示されます。練習することでこれらの新しい単語や定義をより簡単に覚えることができるということは、シナプスと呼ばれるこれらの神経接続が時間の経過とともに強化したり弱めたりする可能性があり、これがシナプス可塑性として知られる特性であることの証拠です。
人間がどのように学び、記憶するのかを探る
個々のシナプスのダイナミクスを定量化できることは神経科学者にとって課題となる可能性がありますが、ソーク研究所の最近の計算技術革新により状況が変わり、その過程で脳に関する新たな洞察が明らかになりつつあるかもしれません。脳が情報をどのように学習し、保持するかを理解するために、科学者たちは、学習によってシナプスがどの程度強くなったのか、またどの程度強くなることができるのかを定量化しようとしています。
科学者らによると、シナプスの強さはシナプスの物理的特徴を調べることで測定できるが、可塑性の精度を測定するのははるかに難しいという。これは、シナプスが一定量ずつ弱まるか強化されるか、そしてシナプスがどれだけの情報を保存できるかということです。この背景には、人間がどのように学習し記憶するのか、またこれらのプロセスが時間の経過とともにどのように進化するのか、あるいは加齢や病気に伴ってどのように劣化するのかを理解するという探求があります。
これらの発見はすべて、2024 年 4 月 23 日に MIT の Neural Computation に掲載されました。チームは、カリフォルニア大学サンディエゴ校のモハマド サマヴァト氏が率いました。 「個々のニューロンがどこでどのように相互に接続されているかを正確に特定することはますますうまくなってきていますが、これらの接続のダイナミクスについてはまだ学ぶべきことがたくさんあります」と、この研究の筆頭著者の一人でタイトル保持者のテレンス・セジノウスキー教授は述べた。ソークのフランシス・クリック議長。
それは脳についてのさらなる知識への扉です
テレンス・セジノウスキー氏は、私たちの脳が私たちが思っているよりもはるかに強力であると考える人々を支持する声明で締めくくった。同氏は、「私たちはシナプスの強度、ニューロンがその強度を調節する精度、シナプスが保存できる情報量を研究する技術を開発しました。その結果、私たちの脳は10倍以上の情報を保存できることがわかりました」と述べた。私たちが以前考えていたよりも。」
メッセージが脳内を伝わるとき、メッセージはニューロンからニューロンへとホップし、あるニューロンの端から別のニューロンの樹状突起と呼ばれる伸びた蔓へと流れます。ニューロンの各樹状突起は、樹状突起スパインと呼ばれる小さな球根状の付属物で覆われており、各樹状突起スパインの端には、2 つの細胞が出会い、電気化学信号が伝達される小さな空間であるシナプスがあります。異なるメッセージを送信するために、異なるシナプスがアクティブになります。
情報理論は、ノイズの多いチャネルを通過し、相手側で再構築される入力としての情報処理を理解するための洗練された数学的方法です。チームはプロセスに含まれる情報量も測定しました。各樹状突起スパインのサイズの違いにもかかわらず、24 のシナプス強度カテゴリのそれぞれには、 4.1 ～ 4.6 ビットの範囲の同様の量の情報が含まれていました。
ニュース参照:
神経計算 – MIT: 情報理論で測定されたシナプス情報記憶容量
