生物はなぜ眠るか、脳回路のクールダウンと記憶情報の整理のため：医療技術ニュース

東京大学は、睡眠中に脳の回路がどのようにクールダウンされるのかを明らかにした。睡眠中に海馬から発生する脳波「SWR」がニューロン間のつながりを弱めて、海馬の神経回路をクールダウンし、記憶のキャパシティーを確保していた。

[MONOist]

　東京大学は2018年2月9日、睡眠中に脳の回路がどのようにクールダウンされるのかを解明したと発表した。この研究は、同大学 大学院 薬学系研究科 教授の池谷裕二氏らの研究グループによるものだ。

　学習したことや記憶の多くは、脳の海馬でニューロン同士のつながりが強まる長期増強（LTP）が生じることによって保存される。この時、脳回路の活動レベルも上昇する。LTPはあるレベルに到達すると飽和してしまい、それ以上は記憶できなくなる。そのため、海馬にはLTPの飽和を避ける「クールダウン」機構があると約70年前から予想されていた。

　今回、研究グループは、海馬から睡眠中に発生する「sharp wave ripple（SWR）」という脳波に着目。まず、睡眠中のマウスの興奮性後シナプス場電位（fEPSP）を記録したところ、睡眠の経過とともにfEPSPが減弱していた。fEPSPはニューロン同士のつながりの強さを示すことから、睡眠中にニューロン間のつながりが自然と弱まることが確認できた。

　次に、睡眠中に生じるSWRを選択的に阻害したところ、fEPSPは減弱しなかった。また、SWRを7時間阻害し続けると、十分な睡眠を取っているにもかかわらず、マウスの脳回路の興奮性は高いままで、正常レベルへクールダウンされることはなかった。このマウスに実施した物体位置認識試験から、学習成績が低下し、寝不足のような状態であることが分かった。

　これらの結果は、SWRを発生する（脳波上の睡眠状態を再現する）ように作成した海馬スライス標本でも観察された。以上から、SWRは海馬のニューロン間のつながりを弱めることで、海馬の神経回路をクールダウンしていることが明らかになった。

　さらに、記憶に関わったニューロンを標識できる遺伝子改変マウスからスライス標本を作製し、SWR発生時のニューロンの活動を詳細に調べた。その結果、眠る直前に学習した情報をコードするニューロン群では、クールダウンは生じなかった。つまりSWRは、睡眠直前の学習に関与したニューロンについてはニューロン間のつながりを弱めないが、記憶とは無関係な成分を減らして、記憶のキャパシティーを確保することが分かった。

　この、睡眠時の自発的なプロセスによって、記憶が睡眠中に効率よく整理されていることが推察される。また、睡眠中にSWRを阻害することで睡眠不足の状態を十分に再現できたことから、睡眠の目的の1つに「SWRを出して脳の回路をクールダウンすること」があるといえる。

　自閉スペクトラム症や統合失調症の患者、そして高齢者の脳において、SWRの発生低下や脳回路の過剰興奮が起こることが知られている。同研究グループは、これらをSWRの観点から検討し、治療法の確立を目指す。