マウスの作業記憶表現は練習によって固定化する

Core Concepts

マウスの作業記憶表現は学習に伴って変化し、専門家レベルの習熟後に安定化する。

Abstract

この研究では、匂い遅延連合課題を学習するマウスの二次運動野(M2)、後部帯状皮質(RSA)、一次運動野(M1)の神経活動を光学的カルシウムイメージングで観察した。

課題遂行中、M2の多くの神経細胞が遅延期間に選択的に活動するようになった。
M2の遅延期間の作業記憶表現の正確性は学習に伴って大幅に向上したが、M1やRSAでは変化がなかった。
専門家レベルに達した初期段階では、遅延期間の作業記憶表現は日々変化していたが、一方で刺激や選択に関する表現は安定していた。
層2/3のイメージングに加えて、層5の深部神経細胞も含む3次元イメージングでは、遅延期間の作業記憶表現が練習によって安定化することが明らかになった。
作業記憶遂行に不可欠な遅延期間と選択に関する活動は、学習過程で変化し、専門家レベルに達してから安定化する。

Stats

マウスの二次運動野(M2)では、作業記憶遂行に重要な遅延期間の神経活動が学習に伴って安定化した。
一次運動野(M1)や後部帯状皮質(RSA)では、このような変化は見られなかった。

Quotes

"遅延期間と選択に関する活動が、学習過程で変化し、専門家レベルに達してから安定化する。"
"層2/3のイメージングに加えて、層5の深部神経細胞も含む3次元イメージングでは、遅延期間の作業記憶表現が練習によって安定化することが明らかになった。"

Key Insights Distilled From

Volatile working memory representations crystallize with practice - Nature

by Arash Bellaf... at www.nature.com 05-15-2024

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07425-w

Deeper Inquiries

作業記憶表現の安定化には、どのような神経メカニズムが関与しているのだろうか。

この研究によると、作業記憶表現の安定化には、M2の神経活動が重要な役割を果たしています。M2において、遅い遅延期に特異的なニューロンが多数現れ、マウスがタスクを学習するにつれて増加していました。さらに、M2における作業記憶の遅い遅延期のデコーディング精度は、マウスが専門家になるにつれて大幅に向上しました。特に、M2のスーパーフィシャルL5ニューロンを含む最大73,307個のニューロンを同時に体積的にカルシウムイメージングすることで、作業記憶表現の安定化が継続的な練習によって明らかになりました。

作業記憶表現は、専門家レベルに達した後も完全に固定化されているのだろうか。それとも、状況に応じて柔軟に変化し得るのだろうか。

研究結果からは、作業記憶表現が専門家レベルに達した後も完全に固定化されるわけではなく、状況に応じて柔軟に変化する可能性が示唆されています。初期の専門家段階では、遅い遅延期の作業記憶表現は日々変化していましたが、刺激と選択の表現は安定していました。つまり、作業記憶表現は学習中に変動する傾向があり、専門家としてのパフォーマンスが数日経過すると安定化するという結果が示されました。

作業記憶表現の安定化は、他の認知機能の向上とどのように関連しているのだろうか。

作業記憶表現の安定化は、他の認知機能の向上と密接に関連しています。この研究では、作業記憶の遅い遅延期の表現が練習を重ねることで安定化することが示されました。この安定化は、マウスがタスクに熟練するにつれて起こり、作業記憶のパフォーマンス向上と関連しています。したがって、作業記憶表現の安定化は、認知機能全体の向上に重要な役割を果たしていると言えます。