海馬リプレイは過去の回顧か未来の計画か？

　記憶に関連する脳部位の海馬では、動物が睡眠中に過去に通った経路を繰り返すリプレイ現象が知られていた。研究が進み、動物が迷路課題中にも海馬リプレイ現象が観察されることがわかってきた。この課題中の海馬リプレイが、過去に通過した経路を示すのか、未来に通る経路を表現しているのかは議論があった。その点を新たな迷路課題によって検討し、海馬のリプレイ現象が、過去に報酬を獲得した経路を表すことを明らかとした。

Gillespie AK, Astudillo Maya DA, Denovellis EL, Liu DF, Kastner DB, Coulter ME, Roumis DK, Eden UT, Frank LM. Hippocampal replay reflects specific past experiences rather than a plan for subsequent choice. Neuron. 2021 Oct 6;109(19):3149-3163.e6. 

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34450026/

概要

ラットは８本の放射状の通路から、報酬が獲得できる１本の通路を選択

海馬CA１領域から、多数の電極により神経活動を記録

海馬のリプレイは、過去に報酬を獲得した通路を反映

海馬のリプレイは記憶のメンテナンスの機能を持つと提案

ラットは複数の通路から正解を選ぶ

　ラットは、８本の通路から報酬が獲得できる一本の通路を選ぶことを訓練された（fig1）。テストは正解の通路が異なる複数のブロックから構成された。ラットが正解通路を学習し安定して選べるようになると、正解の通路は、他の通路に変更された。つまり、テストは、正解の通路が異なる複数のブロックから構成された。

海馬のリプレイは過去に報酬を獲得した通路を表す

　通路を選ぶ前の海馬CA１領域の神経活動を記録し、リプレイ現象をデコーディング法により解析すると、リプレイ現象は８本の通路のうちどれかを反映していた（Fig.2）。

　海馬リプレイが反映する内容を検討すると、過去のブロックの正解の通路を反映する海馬リプレイが最も多く、その出現確率もチャンスレベルを超えていた（Fig.3）。

さらに、この過去の正解通路の表現は、直前のブロックだけでなく、数ブロックの前の正解の通路も表していた（Fig.6）。

海馬のリプレイは未来の通路を表すことは少ない

　一方で、スタート後に選択する通路を表す海馬リプレイ（予測、計画）は、一試行で一回未満と少なかった（Fig.5）。

まとめ

海馬のリプレイは、過去の重要な経験を反映すると考えられる。

海馬リプレイの機能として、記憶の保持・固定に関わるとの仮説と将来の予測・計画に関わるとする仮説があった。

本研究の結果は、記憶の保持・固定のための記憶のメンテナンスに関わることを示唆している。

感想

ディスカッションで、これまでの海馬リプレイの機能に関する先行研究の結果について、記憶のメンテナスで解釈していくところが面白い。