パブロフ条件反射の正体を発見

イワン・パブロフが19世紀末にイヌを使って行った実験。メトロノームの音のような条件刺激に続いてエサの無条件刺激を与えることを繰り返すと、音の刺激だけでよだれをたらすようになった（図2参照）。ショウジョウバエを使用した本研究では、メトロノームの音の代わりに、棒を離す刺激を条件刺激として使用した（図1参照）。

当初、ザリガニ遊泳肢のリズミックな動きをON、OFFするニューロンが池田和夫によって発見され、その例のように、決まったパターンの行動をスイッチするニューロンが”司令（コマンド）ニューロン”と呼ばれた。

頭部を解剖して生理食塩水中で開くことによって、二光子顕微鏡で脳内の活動をモニターしながら、頭部前面はドライで、ショ糖水溶液で湿らせた和紙で口部にタッチすることによって摂食行動を引き起こすことができる。

当グループによってショウジョウバエ脳内に発見された、摂食行動を引き起こす一対の司令ニューロン（Flood, Iguchi, Gorczyca, White, Ito, Yoshihara, Nature 2013）。甘い刺激により活動し、その活動が摂食行動を引き起こす。また、このニューロンがないと摂食行動ができなくなるので、摂食に関する様々な情報はフィーディング・ニューロンに統合されていることが推察される。フィーディング・ニューロンは摂食行動決定のための情報のハブとして働いていると考えられる。情報の要に位置するフィーディング・ニューロンを光照射を使った”オプトジェネテックス”によって活動操作すれば、意のままに摂食行動を操ることができる。それと同様に、「”棒を離す”という条件刺激がフィーディング・ニューロンを操ることによって条件反射が起こる」ということが本研究で明らかになった。

17世紀のデカルトの時代から、脳の中で記憶がどこでどのように保持されるかは人々の関心事であり、記憶の脳内での実体は”エングラム（engram）”とよばれる。しかし、エングラムを生物学的な実体としてとらえることは極めて難しかった。その原因は、マクロの行動に現れる記憶とミクロのシナプス可塑性を結び付けることが難しいからである。

図4に示したように、行動の変化に直結した司令ニューロンは、ミクロとマクロを結び付けることを可能にするため、今回の条件反射の実験系は、記憶の素過程としてフィーディング・ニューロン上のシナプス変化をリアルタイムで観察すること、すなわち、エングラムのリアルタイム観察を可能にする（図5参照）。

（エングラムは”記憶痕跡”と訳されることが多いが、痕跡的で機能しない過去の存在のような誤解を生じるおそれから、”記憶の脳内実体”とした。）

短期記憶が固定化されて長期記憶へと変化するための細胞機構を説明する一般仮説。シナプスにおいて、両側の細胞がお互いに強め合うことが短期記憶をつくり、それがシナプスの成長を促して長期記憶に変化する、と仮定する（図6参照）。ショウジョウバエの神経と筋肉の間のシナプス可塑性における知見によって提唱されたが（Yoshihara et al., Science, 2005）、当グループにおいて、脳内の記憶での検証が進んでいる。