研究・産学官連携の研究TOPICS 「睡眠学習」が生じる条件を理論的に予測 ～特定の神経活動量と学習則がシナプス結合を強化～
JST 戦略的創造研究推進事業 ERATOにおいて、東京大学 大学院医学系研究科 機能生物学専攻 システムズ薬理学分野の上田 泰己 教授（理化学研究所 生命機能科学研究センター 合成生物学研究チーム チームリーダー兼任（当時）、久留米大学 特別招聘教授 兼任）、大出 晃士 講師、大阪大学 大学院医学系研究科 博士課程 木下 福章さん（当時）と久留米大学 分子生命科学研究所 山田 陸裕 准教授らは、睡眠時の大脳皮質における神経シナプス結合の強さがシナプス学習則と睡眠時の神経活動量に依存して変化することを示し、「睡眠学習注」が生じ得る条件を理論的に予測できることを明らかにしました。
大脳皮質では、多数の神経細胞がシナプスと呼ばれる接合部を介して情報をやり取りしています。各シナプスのつながりの強さは神経細胞の活動状況に応じて変化し、これが学習や記憶の基盤になると考えられています。これらの活動のパターンとシナプスのつながりの変化の関係にはいくつかの決まりがあり、「シナプス学習則」と呼ばれています。睡眠は学習や記憶にとって重要であることが知られていますが、睡眠時にシナプス結合がどのように変化するのかについては解明されていない部分が多く残されていました。
そこで本研究グループは、多くの種類の神経細胞がつながった神経ネットワークの活動をコンピューターシミュレーションにより再現し、覚醒状態や睡眠状態で観察される神経活動が生じている時のシナプス結合の変化を調べました。その結果、特定の神経活動量とシナプス学習則が組み合わさることで、睡眠時に大脳皮質のシナプス結合が強まることが分かりました。これにより、睡眠中でもシナプス結合の強化が起こる条件が明らかとなり、「睡眠学習」が生じ得る条件を予測することが可能になりました。
今後、この予測を基に、睡眠と学習・記憶の関連性についてより深い理解が進むことが期待されます。また、神経精神疾患のような睡眠障害を伴う脳疾患のメカニズム解明にもつながる可能性があります。
本研究成果は、2025年6月12日（現地時間）に米国学術誌「PLOS Biology」のオンライン版で公開されます。