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脳と心理ビミョー

脳の中に"GPS"のような細胞があった。部屋のどこにいるかで反応する、ノーベル賞の発見

脳の中に"GPS"のような細胞があった。部屋のどこにいるかで反応する、ノーベル賞の発見

読む前に予想してみよう!

「場所細胞」や「グリッド細胞」はネズミでしか見つかっておらず、人には存在しない

研究カード(どんな研究?)
対象
ラット・てんかん手術前の患者・健康な成人
規模
数匹〜数十人
研究の種類
神経細胞1個ずつの記録・fMRI研究
確かさ
★★★★☆
3秒でわかる

ネズミの海馬には、決まった場所にいるときだけ反応する「場所細胞」がある。近くの嗅内皮質には、三角形のマス目状に反応する「グリッド細胞」がある。人でも似た細胞が見つかっている。

ひとことで言うと脳には「今どこにいるか」を教える地図の細胞があるんだ!

もくじ
  1. 部屋の「この場所」でだけ反応する細胞
  2. 床に"三角形のマス目"を敷いたように反応する細胞
  3. 2つの細胞で「脳内GPS」
  4. 人の脳にもあった?
  5. どんでん返し:「GPS」は、たとえにすぎない
  6. まとめ

スマホの地図アプリは、GPSで「今どこにいるか」を教えてくれます。

でも、スマホがなくても、私たちは部屋の中で自分がどこに立っているかがわかります。目を閉じても、だいたいドアの方向を指させます。それができるのは、脳の中にも"位置を知る仕組み"があるからです。

その仕組みを見つけた研究者たちは、2014年のノーベル生理学・医学賞を受賞しました。

01部屋の「この場所」でだけ反応する細胞

オキーフさんは、これを「場所細胞」と名づけました。場所細胞は、一つひとつが違う場所を受け持っています。それがたくさん集まることで、海馬の中に「この部屋の地図」ができている、と考えたのです。

02床に"三角形のマス目"を敷いたように反応する細胞

それから30年以上たった2005年、ノルウェーのモーザー(Moser)夫妻らのチームが、もう一つの細胞を見つけました。

場所は、海馬のすぐ近くにある嗅内皮質(きゅうないひしつ)です。そこには、ラットが部屋を動き回ると、いくつもの場所で規則正しく反応する細胞がありました。反応した点を床の図に書き込んでいくと、正三角形をすき間なく並べたマス目の、角の位置にぴたりと並んでいたのです。

この細胞は「グリッド細胞(格子細胞)」と名づけられました。床に目盛りを引いて、自分の位置を測っているかのような反応です。

左:グリッド細胞の反応のイメージ 右:場所細胞の反応のイメージ
左:グリッド細胞の反応のイメージ 右:場所細胞の反応のイメージ

032つの細胞で「脳内GPS」

研究者たちは、2つの細胞の役割をこう考えています。

  • グリッド細胞:自分がどの方向に、どれだけ動いたかを計算する
  • 場所細胞:その情報をもとに「今いるのはこの場所だ」と表す

ほかにも、頭が向いている方向で反応する細胞や、壁の近くで反応する細胞が見つかっています。脳は、こうした細胞を組み合わせて自分の位置をつかんでいるのです。2014年、オキーフさんとモーザー夫妻は、「脳の中で位置を知るシステムを作る細胞の発見」でノーベル賞を受けました。

04人の脳にもあった?

「でも、それはネズミの話でしょ?」と思うかもしれません。人の脳を調べた研究も進んでいます。

  • 2003年の研究:てんかんの手術前に、脳に電極を入れていた患者さんが協力した。パソコンの中の仮想の街でタクシー運転手になって移動するゲームをすると、海馬に街の決まった場所で反応する細胞が見つかった
  • 2010年の研究:fMRIで、人が仮想空間を歩き回るときの脳を調べた。すると嗅内皮質などで、グリッド細胞があれば出るはずの特有の信号が見つかった
  • 2013年の研究:患者さんの脳の記録から、三角形のマス目状に反応する細胞が直接見つかった

05どんでん返し:「GPS」は、たとえにすぎない

ただし、「脳内GPS」という言葉には注意も必要です。

本物のGPSは、人工衛星からの電波で今の位置そのものを測ります。脳のほうは、自分がどう動いたかと目印を組み合わせて、位置を見積もっています。そのため、目印が見えない暗闇では、見積もりが少しずつズレていくこともあります。

また、人の研究の多くは画面の中の仮想空間での実験です。脳の細胞の活動を直接記録できるのも、手術が必要な患者さんに限られます。ネズミで見つかった仕組みが、人でもまったく同じように働いているかは、まだ研究が続いています。

06まとめ

脳の中には、決まった場所で反応する細胞と、三角形のマス目状に反応する細胞がありました。ネズミで見つかったこの仕組みは、人の脳でも似た形で働いているようです。

駅から家まで歩くとき、あなたの頭の中では、たくさんの"地図の細胞"が順番に反応しているのかもしれません。

この研究を英語で読もう原田英語の English CornerEven without GPS, we can sense where we are in a room. 音声 4択クイズ9問A2・B1・B2タップして開く

原田英語の English Corner

この研究を英語で読もう

Even without GPS, we can sense where we are in a room. In 1971, O'Keefe and a colleague in London recorded cells in the hippocampus of rats moving freely. Some cells fired only when a rat was in a particular spot, and O'Keefe called them place cells.

Over 30 years later, a Norwegian team led by the Mosers found grid cells in a nearby area. When the spots where they fired were marked on the floor, they formed a regular grid of triangles. Grid cells seem to measure distance and direction, while place cells mark specific locations. Similar cells have been found in humans who played navigation games before brain surgery.

111 words ・ CEFR B1

和訳を見る

GPSがなくても、私たちは部屋の中で自分がどこにいるかを感じ取ることができます。1971年、ロンドンのオキーフと同僚は、自由に動き回るラットの海馬の細胞を記録しました。ある細胞はラットが特定の場所にいるときだけ反応し、オキーフはそれを場所細胞と呼びました。

30年以上たってから、モーザー夫妻が率いるノルウェーのチームが、近くの領域でグリッド細胞を見つけました。その細胞が反応した場所を床に書き込むと、三角形が規則正しく並んだ格子ができました。グリッド細胞は距離と方向を測り、場所細胞は特定の位置を示しているようです。脳の手術前にナビゲーションのゲームをした人たちでも、似た細胞が見つかっています。

4択リーディングクイズ

Q1. When did place cells fire?

Q2. What pattern did the firing spots of grid cells form?

Q3. How were similar cells found in humans?

重要単語

  • place cellC1
    名詞(句)場所細胞A place cell fires in one part of the room. 海馬にある細胞。O'Keefe らが1971年に発見。
  • grid cellC1
    名詞(句)グリッド細胞(格子細胞)Grid cells fire in a pattern of triangles. grid は「格子・碁盤の目」。電力網(the power grid)の意味でも頻出。
  • navigationB2
    名詞道を見つけて進むことRats use their brains for navigation. 動詞 navigate。spatial navigation「空間ナビゲーション」は脳科学の定番テーマ。
  • entorhinal cortexC1
    名詞(句)嗅内皮質The entorhinal cortex is next to the hippocampus. ento-(内側)+rhinal(鼻の)。嗅覚系に近い位置にあることから。
  • virtual realityB2
    名詞(句)仮想現実(VR)Participants explored a town in virtual reality. virtual は「事実上の・仮想の」。virtually は「事実上・ほぼ」の意味で入試頻出。
  • metaphorB2
    名詞比喩、たとえ"Brain GPS" is only a metaphor. meta-(越えて)+phor(運ぶ)。simile(直喩:like を使う)との違いが入試で問われる。

4コマでわかる

脳の中に"GPS"のような細胞があった。部屋のどこにいるかで反応する、ノーベル賞の発見の4コマ漫画
ネズミが部屋の「ある場所」に来たときだけ反応する細胞が、脳の海馬にあった。床に三角形のマス目を敷いたような位置で反応する細胞も見つかり、2014年のノーベル賞に。人の脳でも似た細胞が記録されているらしい。

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出典・参考文献(5件)タップで表示
  1. O'Keefe & Dostrovsky (1971) The hippocampus as a spatial map. Preliminary evidence from unit activity in the freely-moving rat, Brain Researchdoi.org
  2. Hafting et al. (2005) Microstructure of a spatial map in the entorhinal cortex, Naturedoi.org
  3. Ekstrom et al. (2003) Cellular networks underlying human spatial navigation, Naturedoi.org
  4. Doeller, Barry & Burgess (2010) Evidence for grid cells in a human memory network, Naturedoi.org
  5. Jacobs et al. (2013) Direct recordings of grid-like neuronal activity in human spatial navigation, Nature Neurosciencedoi.org