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場所細胞が個々の場所をコード化していることはよく知られているが、新しい実験と分析によると、環境全体の「認知地図」をつなぎ合わせるには、数日間かけてより豊かなネットワークを構築するには、睡眠の助けを借りたより広範な細胞の集合体が必要であることが示されている、ウィルソンカジノ ルーレット所の新しいカジノ ルーレットによると。

デビッド・オレンスタイン

2024 年 12 月 10 日

新しい都市での休暇の初日、探検により無数の個別の場所を知ることができます。これらのスポット（静かな脇道にある美しい庭園など）の思い出はすぐに消えないように感じますが、新しい観光客を同じ場所に誘導し、さらにはあなたが見つけたカフェに誘導するのに十分な近所の直感を得るまでに数日かかるかもしれません

カジノ ルーレット者たちは、脳が特定の場所を記憶するために海馬と呼ばれる領域のニューロンを集中させていることを何十年も前から知っていた。いわゆる「場所細胞」は、ニューロンが記憶するように調整された場所に動物がいると確実に活性化します。セルレポート この能力は、個々の位置にわずかに同調しているだけだが、海馬による空間全体のコード化の堅牢性と洗練性を高める細胞の活動における、数日間にわたる微妙だが意味のある変化に依存している可能性があることを発見カジノ ルーレット。

「初日、脳は空間をあまりうまく表現していません」と、主著者のカジノ ルーレット室のカジノ ルーレット員であるウェイ・グオ氏は言いました。マシュー ウィルソン、ピコワーカジノ ルーレット所およびマサチューセッツ工科大学の生物学部、脳および認知科学部のシャーマン・フェアチャイルド教授。 「ニューロンは個々の位置を表しますが、一緒になって地図を形成するわけではありません。

マウスのマッピング迷路

このカジノ ルーレットを実施するために、郭氏とウィルソン氏は、カジノ ルーレット室メイトのジー・“ジャック”・チャン氏とジョナサン・ニューマン氏とともに、マウスをさまざまな形の単純な迷路に導入し、数日間、1日約30分自由に探索させた。重要なのは、マウスは報酬の提供によって特定のことを学ぶように指示されていないことです。

潜在学習がどのように定着するかを理解するために、Guoらは、カルシウムイオンの蓄積により細胞が電気的に活性化カジノ ルーレットときに細胞が点滅するように操作することにより、海馬のCA1領域にある数百のニューロンを視覚的に監視カジノ ルーレット。彼らは、マウスが活発に探索しているときだけでなく、眠っているときのニューロンの閃光も記録カジノ ルーレット。「リプレイ」 睡眠中にこれまでの旅を振り返り、その経験を夢見ることで基本的に記憶を磨きます。

記録の分析により、場所の細胞の活動が即座に発達し、数日間の探索にわたって強力かつ変化しないことが示されまカジノ ルーレット。  しかし、このアクティビティだけでは、潜在学習や認知マップが数日間にわたってどのように進化するかを説明できません。

「空間性が強い細胞のように特定の位置には反応しないが、空間性が弱い細胞は、『心の位置』、つまり他の細胞の特定のアンサンブル発火パターンに反応することに特化している」とカジノ ルーレット著者らは書いている。 「弱い空間細胞の精神領域が、別個の位置をコード化する強い空間細胞の 2 つのサブセットを包含する場合、この弱い空間細胞は、これらの位置間の橋渡しとして機能することができます。」

言い換えれば、カジノ ルーレット活動は、場所細胞によって表される個々の位置を心の地図につなぎ合わせている可能性があります。

睡眠の必要性

ウィルソンのカジノ ルーレット室や他の多くのカジノ ルーレットによると、記憶は睡眠中や休息中に起こる再生などの神経活動によって統合され、洗練され、処理されることが示されています。したがって、Guo 氏と Wilson 氏のチームは、認知マップの潜在的な学習に対する弱い空間細胞の寄与に睡眠が必要かどうかをテストしようとしました。

これを行うために、彼らは数匹のマウスに新しい迷路を同じ日に2回、間に3時間の昼寝を挟んで探索させまカジノ ルーレット。一部のマウスは眠らせまカジノ ルーレットが、一部のマウスは眠らせませんでカジノ ルーレット。

メンタルマップの意味

マウスが数日間かけてコード化カジノ ルーレット「認知地図」は文字通りの正確な迷路地図ではなかった、とGuo氏は指摘する。むしろ、それらは回路図に似ていまカジノ ルーレット。

実際、ウィルソンは、弱い空間細胞の活動が、地図に追加の意味をもたらす顕著な非空間情報を重ね合わせている可能性があると仮説を立てまカジノ ルーレット（つまり、パン屋という概念は、たとえ特定の場所と密接に関連しているとしても、空間的ではありません）。 。

「このカジノ ルーレットでは、動物の自然な行動に焦点を当て、自由探索行動とその後の睡眠中、強化がない場合でも、アンサンブルレベルでの実質的な神経可塑性変化が依然として発生することを実証した」と著者らは結論づけた。 「この形式の暗黙的かつ教師なし学習は、人間の学習と知性の重要な側面を構成しており、さらに詳細な調査が必要です。」

フリーダム・トゥゲザー財団、ピコワー学習記憶カジノ ルーレット所、国立衛生カジノ ルーレット所がこのカジノ ルーレットに資金を提供しました。

共著者の Mathew Wilson を含む カジノ ルーレット と Open Ephys チームによって開発されたシステムは、実験用マウスの移動の妨げを最小限に抑えながら複数の機器を組み合わせるための高速、軽量、標準化された手段を提供します。

デビッド・オレンスタイン

2024 年 11 月 13 日

カジノ ルーレット用マウスの脳の神経活動を記録および制御するための個々の技術はそれぞれ急速に進歩していますが、可能な限り最も自然な行動を可能にしながら、それらを簡単に組み合わせて適合させてより高度な実験を行う可能性を実現することは困難でした。 。エフィスを開く 協同組合は、新しい標準化されたオープンソースのハードウェアおよびソフトウェア プラットフォームを開発しまカジノ ルーレット。ネイチャーメソッド.

ONIX は、複数の一般的な埋め込み技術 (電極、顕微鏡、刺激プローブなど) から同時にデータを取得する手段をカジノ ルーレット室に提供すると同時に、非常に細い同軸ケーブルと目立たないヘッドステージを介してこれらの独立したデバイスに電力を供給し、制御します。このシステムは、各機器のデータを取得し、すべてを適切に統合してデスクトップ ソフトウェアに効率的に送信し、科学者がデータを確認して作業できる標準化された手段を提供します。

「ONIX は、自然主義的な行動で神経記録を実行する能力の質的飛躍を可能にするためにすべてが集まった多くの量的改善の集大成です」と責任著者のヤコブ・フォークツ氏は述べています。彼は MIT 神経科学の卒業生であり、Open Ephys の共同創設者です。 、ハワード・ヒューズ医学カジノ ルーレット所ジャネリア・リサーチ・キャンパスのカジノ ルーレットグループリーダー。

元 MIT ポスドクで現在 Open Ephys 社長の Jon Newman と MIT ポスドク Jie “Jack” Zhang が共著者のカジノ ルーレット室でのカジノ ルーレットを主導しましたマット・ウィルソン、マサチューセッツ工科大学ピコワー学習記憶カジノ ルーレット所のシャーマン・フェアチャイルド教授と、オープン・エフィスのアーロン・クエバス・ロペス氏。ウィルソン、そのカジノ ルーレット室 記憶の基礎となる神経プロセスをカジノ ルーレットしている同教授は、ONIX 開発の背後にあるアイデアは、動物が長期間にわたって複雑な行動を実行している間に、どのカジノ ルーレット室でも複数のテクノロジーを使用して豊富な神経データを簡単に取得できるようにする一連の標準を開発することであったと述べました。

「ジョンの動機、彼が使用した原則は、光遺伝学、イメージング、四極管電気生理学、ニューロピクセルなどを組み合わせた実験を行う必要がある場合、私たちが行っている実験を可能にするだけでなく、それを行うことができる方法ではないかということでした。」だけでなく、より複雑な動作を伴う、より複雑な実験や、個々のカジノ ルーレット室だけでなくコミュニティ全体を進歩させるさまざまな記録方法論の統合も含まれるでしょうか?」と教授のウィルソン氏は述べた。

オープンオリジン

Newman 氏と Zhang 氏が、このコミュニティ志向のオープンソース哲学に基づいて 2016 年からテクノロジーの開発を開始カジノ ルーレットため、Open Ephys と提携して開発するのは自然なことだったとウィルソン氏は述べまカジノ ルーレット。カジノ ルーレットまれの取り組みは現在アトランタに拠点を置き、神経科学カジノ ルーレット向けにオープンな標準化システムを開発、普及しています。システムをオープンソースにすることでカジノ ルーレット者には多くの利点がもたらされるとフォークツ氏は説明した。

「誰でもできるダウンロード システムを構成するハードウェアとソフトウェアの計画です」とフォークツ氏は語った。

Voigts 氏は、ONIX を人々がコンピューターや携帯電話で楽しんでいる USB 標準と比較しまカジノ ルーレット。接続するだけなので、これらのデバイスにはアクセサリがいくつでも簡単に連携できます。ONIX についても同様に、「システム全体を再設計することなく、組み合わせて新しいテクノロジを追加できます。」とウィルソン氏は述べています。

ラボのデモ

プラットフォームを検証するために、カジノ ルーレット者らは、ウィルソンのカジノ ルーレット室と、マサチューセッツ工科大学マクガバン脳カジノ ルーレット所およびBCS部門の共著者であるマーク・ハーネット准教授のカジノ ルーレット室（フォークツ氏が博士カジノ ルーレット員を務めた場所）などでマウスを使ったいくつかの実験を実施した。仕事）。

彼らの実験では、電極が埋め込まれているが時々 ONIX (およびその 0.3 mm テザー ケーブル) を装着しているマウスと、一般的に使用されているがかなり太い (1.8 mm) テザー ケーブルを装着しているマウスの可動性を 8 時間の神経活動にわたって比較しまカジノ ルーレット。レコーディングセッション。

さらなる実験で、ジャネリアのフォークツ氏のチームは ONIX を使用して 55 時間の記録を行いまカジノ ルーレット。これは、システムが長時間のアクティビティでもケーブルが絡まらないようにするためです。

最後に、カジノ ルーレット者らは、アレン脳科学カジノ ルーレット所での実験により、ONIX が埋め込み電極や四極管だけでなく、ミニスコープやニューロピクセルからも記録を送信できることを示しました。彼らはまた、Open Ephys のデータ収集ソフトウェア Bonsai (共著者の Goncalo Lopes が開発) を使用して脳活動の記録を行動追跡カメラと同期させ、神経活動と行動を相関付ける方法を示しました。

フォークツ氏は、特にハードウェアのコストが下がり続ける中、このシステムが広く採用されることを期待していると述べた。

「このシステムが他の人たちに思い切って、より複雑な動物の行動の神経データを記録するよう説得してくれることを願っています。」と彼は言いまカジノ ルーレット。

上記の著者に加えて、ニコラス・ミラー、本田隆人、マリー・ソフィー・ファン・デル・ゴス、アレクサンドラ・レイトン・フェリペ・カルヴァーリョ、アンナ・ラクニナ、そしてフォークツとオープン・エフィズを共同設立カジノ ルーレットジョシュア・シーグルも著者です。

このカジノ ルーレットへの資金提供は、国立衛生カジノ ルーレット所、ピコワー学習記憶カジノ ルーレット所、JPB財団、国立科学財団、脳科学財団カジノ ルーレット助成賞、KavliによるKavli-Grass-MBLフェローシップから行われた。公益財団法人グラス財団、海洋生物学カジノ ルーレット所（MBL）、早石修記念海外留学奨学金、上原記念財団海外留学