脳とは「記憶そのもの」だった──「記憶のメカニズム」の詳細が明らかに

あなたのとっておきの記憶を思い浮かべてみてほしい。大事な試合での勝利、子どもの顔を初めて見た瞬間、恋に落ちたと気づいたあの日。その記憶は、ひとつの事象ではないはずだ。記憶を再構成する際、人は匂いや色彩、だれかのおかしな発言を思い出し、それらに対して抱いたあらゆる感情を追体験する。

脳は、こうしたミリ秒単位の印象をかき集め、つなぎ合わせて、モザイクをつくりだす。その能力が、あらゆる記憶の基礎だ。延長して考えると、「あなた自身」の基礎でもある。

これは、単なる形而上学的ポエムではない。どんな知覚経験も、ニューロンの分子に変化を生じさせ、ニューロン同士の接続を再編する。つまり、脳は文字通り記憶でできていて、記憶はつねに脳をつくり替えているのだ。

脳内の細胞やシナプスは「時間を理解」している

記憶と脳の関係についてのこうした理論的枠組みの歴史は古い。そして、2017年7月19日付けで『Neuron』誌に掲載された広範な最新のレヴュー論文では、さらに詳細なメカニズムが論じられている。記憶が存在できるのは、脳内の分子、細胞、シナプスが「時間を理解している」からなのだ。

記憶を定義するのは、時間を定義するのと同じくらい難しい。広義では、記憶とはシステムに起こった変化であり、そのシステムの将来の働きを変化させるものと定義される。「典型的な記憶とは、過去のある時点で活発だった脳の複数の部位のつながりが、再び活性化することでしかないのです」と語るのは、論文共著者のひとり、神経科学者のニコライ・ククシュキンだ。そして、すべての動物のみならず多くの単細胞生物でさえも、なんらかのかたちで過去から学ぶ能力をもつ。

たとえばアメフラシ（海に棲む軟体生物）だ。進化の観点からいえば、アメフラシとヒトは途方もなくかけ離れている。しかしどちらもニューロンをもち、アメフラシも、ヒトと同様に記憶のようなものを形成することができる。アメフラシのエラを刺激すると、アメフラシは次に恐ろしい指が近づいてくるのを見た場合、最初よりも早くエラを引っ込めるようになる。

研究者たちは、アメフラシがエラを引っこめることを学習した際に、シナプス結合が強化されることを発見し、さらにこの変化をもたらす分子も発見した。驚くべきことに、ヒトのニューロンにも、これに似た分子がある。

一体これが、あなたのとっておきの思い出とどう関係するというのだろう。「ニューロンのユニークなところは、何千というほかのニューロンと、それぞれが非常に特異的なつながりを築くことができることです」と、ククシュキンは言う。こうしたつながりをネットワークにするのは、これらの特異的なつながり、すなわちシナプス（ニューロン同士の接合部）が、信号の強弱によって調整されるためだ。つまり、あらゆる経験（エラをつつかれる経験も含む）には、ニューロンのつながりの相対強度を変化させる力があるのだ。

記憶とは「システムそのもの」

だが、こうした分子や、分子が制御するシナプスが記憶である、という考えは誤りだ。「分子、イオンチャンネルの状態、酵素、転写プログラム、細胞、シナプス、それにニューロンのネットワーク全体をほじくり返してみると、記憶が蓄えられている場所など、脳内のどこにもないとわかります」と、ククシュキンは言う。

これは、記憶にかかわるニューロンの可塑性（外界の刺激などによって常に機能的・構造的な変化を起こすこと）と呼ばれる特性のためだ。言い換えると、記憶とは「システムそのもの」なのだ。

しかも、記憶形成の証拠は、生命の系統樹のどこからでも見つかる。神経系をもたない生物ですら例外ではなく、研究者たちはバクテリアに光の点滅を予測させることに成功している。アメフラシの反応のような原始的な記憶であっても、進化的観点からは有利になると、ククシュキンは説明する。彼の言葉を借りれば、「生物が過去の一部を未来と統合し、新たな課題に挑戦できるようになる」のだ。

ヒトの記憶は、どんなに大切な記憶であっても、粒子のレヴェルからスタートする。あなたの母親の顔は、最初は大量の光子（フォトン）としてあなたの網膜に降りそそぎ、網膜が視覚野にシグナルを送る。声を聞けば、聴覚野が音波を電気信号に変換する。ホルモンは、「この人といるといい気分」というように、経験に文脈を添える。

これら以外にも、無限と言っていいほど膨大な数のインプットが、連鎖的に脳内を駆け巡る。ニューロン、制御分子、それによって生じたシナプスには、関連するすべての副次的事象が、その発生の時系列とともにエンコードされていると、ククシュキンは言う。しかも、経験全体がひとまとまりとして、いわゆるタイムウィンドウのなかに収められているのだ。

記憶は複数の時間スケールに分解される

もちろん、どんな記憶も単独で存在しているわけではない。脳は経験を、同時に経験する複数の時間スケールに分解する。ちょうど音が、同時に聞こえる異なる周波数のそれぞれに分解されるように、ある経験においても複数の時間スケールが同時に経験されている。

ある体験の記憶とは、詳細な個々の記憶が、長さの異なる複数のタイムウィンドウのなかに存在する、入れ子構造のシステムなのだ。こうしたタイムウィンドウには、記憶を構成するすべてのパーツが収められている。ヒトが実際に出来事を知覚するスケールではすくい取れない、分子による情報のやりとりも含めて、だ。

このメカニズムを理解するのは、神経科学者であっても極めて難しい。記憶形成のしくみの詳細がわかるには、まだまだ時間がかかるだろう。「理想的な世界においてなら、ニューロンひとつひとつの挙動をリアルタイムで追跡できるのですが」と、ククシュキンは言う。

現在のところ、ヒトの神経回路マップの製作に取り組む「ヒト・コネクトームプロジェクト」などの最先端のプロジェクトでも、まだ静止状態の脳の全体像を捉えようとしている段階だ。その研究プロジェクト自身に動きを与えるには、時間が問題になるだろう。ちょうど、記憶そのものと同様に。

「脳＝コンピューター」という比喩が、脳科学の発展を妨げているかもしれない

TEXT BY NICK STOCKTON

TRANSLATION BY TOMOYUKI MATOBA/GALILEO