驚くほど複雑な波が脳の内部構造を明らかにする

家へ驚くほど複雑な波が脳の内部構造を明らかにするコメント記事を保存後で読む共有Facebookコピー！リンクをコピーメールポケットReddit Ycombinatorコメント記事を保存後で読む後で読む神経科学驚くほど複雑な波が脳の内部構造を明らかにするConor Feehly著2026年9月30日皮質を横切って伝わる予期せぬパターンが、その活動をリアルタイムで再編成している可能性があります。コメント記事を保存後で読む後で読む 導入 ベッドから起き上がり、薄暗い廊下を歩きながら、冷蔵庫に何があるか、朝食に何を食べるべきかを考えています。ほとんど努力せずに、私は環境をナビゲートし、記憶にアクセスし、体のエネルギー状態を評価しました。すべて数秒の間にです。脳はこれをどのようにして行うことができるのでしょうか？ 一部は電気を利用することによってです。脳はそのエネルギー資源の約半分を、ニューロンがいつでも発火できる状態に保つための電気化学的勾配の維持に費やしています。これにより、脳は日常生活の要求に応じるための驚異的な柔軟性を備えています。 多くのニューロンの集合的な電気活動は、スタジアムの熱狂的な観客の腕のように、脳内を伝播する波として見ることができます。新しい研究ラインは、これらの波が以前知られていたよりも複雑であることを明らかにしています。通常は電極で測定されるこれらの波は、単純な構造の神経活動の振動である基本的な平面波として識別されてきました。神経科学者は伝統的にこれを、脳のエンジンの回転音のようなもの、つまり機能していることの単なる兆候として解釈してきました。 しかし、人間と動物における新たな証拠は、伝播波が脳の機能において中心的な役割を果たしていることを示唆しています。「出てくる研究は、『それらは関連性があるのか？』という段階から、『これは皮質が情報を処理する方法の主要なモチーフである』という段階に移行しています」と、マサチューセッツ工科大学の認知神経科学者であるEarl K. Millerは述べています。 2026年4月にNature Communicationsに掲載された研究では、神経科学者が神経活動の伝播波を測定し、その多様な様相を観察しました。ある場所から発生しているように見える発生源波、一点に収束する吸収源波、そして渦巻き状の波です。シカゴ大学のJoshua Jacobs氏とAnup Das氏を含むチームは、異なる行動タスクが異なる波パターンと関連していることを発見しました。 Joshua Jacobs氏とAnup Das氏は、頭蓋内電極を使用して脳波の複雑なパターンを観察したチームの一員でした。Joshua Jacobs氏提供 ニューロンは時間とともに近隣との接続を変更できますが、通常は数日から数ヶ月のスケールで起こります。しかし、行動は数秒で適応する必要があります。多くの神経科学者は現在、これらの大規模な波パターンが、行動の要求を満たすために脳をリアルタイムで再編成するのに役立っていると考えています。 「伝播波がニューロンの発火の結果に過ぎなかったとしても、例えばエンジンの音のように、人が何をしているかに基づいて、それは脳について非常に興味深い何かを私たちに伝えます」とJacobs氏は述べています。「エンジンの前を横切って音が移動しているのを見ると、エンジンの何かが方向性を持って組織化されていることを意味します。」 行ったり来たり 1920年代に遡ると、神経科学者は脳波計（EEG）を使用して頭皮表面の電極で脳の振動電気活動を測定してきました。注意を払ったり、記憶したり、眠ったりするとき、脳の電気活動の広範な周波数は変化します。これらの様々な振動は、一般にヘルツで測定されるアルファ波、ベータ波、ガンマ波、シータ波として知られています。しかし、頭蓋骨の外から電気活動を記録することは、収集できる情報の忠実度を制限します。 Jacobsの研究室は、頭蓋内脳記録を専門としています。重度のてんかんを持つ人々は、発作源を特定するために脳内に電極が埋め込まれている場合があります。特定の脳領域に約100個の電極を配置し、患者の許可を得て、Jacobsとそのチームは、参加者が様々な思考タスクを実行する際に、空間と時間の両方で高解像度のデータをキャプチャできます。 Jacobsと、現在国立衛生研究所の神経工学者のUma Mohan氏は、この技術を使用して記憶タスク中の脳活動を観察したチームの一員でした。2024年にNature Human Behaviorに掲載された研究で、彼らは脳の最も外側の領域である皮質を横切って反対方向に移動する波を記述しました。「それらは脳の前から後ろ、または後ろから前に移動します」とJacobs氏は述べています。 Jacobs氏は、この結果を理解する良い方法は、波が情報伝播の方向を示していると考えることだと述べています。視覚領域は後部にあり、前頭前野、つまり「高次」記憶領域は前部にあります。見ているものに注意を払っている場合、信号は目から視覚野への後部から伝播し、波を介して脳の他の部分に前進して記憶を形成します。「そのシグネチャは、脳の後部から前部への波を見ることです」とJacobs氏は述べています。「私たちは、脳がこの組織化を利用して、必要に応じてエンコーディングとリコール記憶機能の間を急速な時間スケールで切り替えていると考えていました」とMohan氏は説明しています。 パターンのシフト Jacobs氏とDas氏による2026年の研究は、この状況をさらに複雑にしました。それは、これらの波が、単純な上下運動や前後運動よりもはるかに多様な形状、パターン、リップルをとることができることを示しました。実験では、チームは参加者に2つの記憶タスクを実行させました。1つ目は、画面に表示された単語を思い出す単純な言語記憶課題でした。2つ目は、より複雑な空間タスクでした。仮想環境をナビゲートし、遭遇したオブジェクトの場所を思い出す必要がありました。 高解像度法を使用して、Jacobs氏とDas氏は、覚醒した人間で初めて2つの新しいクラスの波を観察しました。1つは皮質の領域から発生する同心円状の波で、湖に投げ込まれた小石の波紋のようなもの、またはその逆で、波が1つの領域に収束するものでした。もう1つは、時計回りまたは反時計回りの方向に伝播する回転する渦巻き状の波で、ハリケーンや排水溝の渦のようなものでした。 「空間タスクでは、言語タスクで見られる波よりも、回転する波を少し多く見ます。言語タスクの波は、より単純な構造を持つ傾向があります」とJacobs氏は述べています。「これは、これらの回転する波がより複雑な記憶行動を実行するのに適していることを示唆しているようです。」 Jacobs氏によると、研究者たちは長い間、人間で頭蓋内記録を行ってきましたが、しばしば一度に1つの電極、または数個の電極しか見ていませんでした。これにより、外側の皮質全体にわたる単純な波の印象が得られました。Jacobs氏は、適切な距離で分離された電極のグループを見ると、波の構造と方向性がより明確になることに気づきました。 Jacobs氏は、マウスで同様のパターンを見ていたピッツバーグ大学の数理生物学者であるBard Ermentrout氏に連絡を取りました。Ermentrout氏は、過去に観察された単純な波パターンは、実際にはより複雑な波の一部であった可能性があると考えています。しかし、最近まで、研究者はより大きなパターンを捉えるのに適切な場所や適切な空間スケールに配置された電極にアクセスできませんでした。 「平面波は単に外側の腕であり、嵐の目を見逃しているのかもしれません」と、2026年4月の論文の共著者であるErmentrout氏は述べています。「ハリケーンでは、風は一方向にしか感じられません。目の近くにいない限り、それが回転していることは分かりません。」 研究は、患者がてんかん治療のために電極を配置した場所からしかデータを収集しないため、「普遍性を逃している可能性があります」