利用光和机器学习研究，阐明“创伤记忆”在脑内形成的原理

创伤记忆的神经细胞网络和产生机制尚不明确

生理学研究所10月6日宣布，利用光学和机器学习相结合的新手法，成功检测出与创伤记忆相关的脑神经细胞网络，捕捉到伴随记忆形成的复杂变化，明确了创伤记忆的形成机制。

该研究由该研究所的扬妻正和副教授（现在兼任量子生命科学研究所）、锅仓淳一所长、大阪大学产业科学研究所的永井健治教授等研究小组和东京大学、玉川大学、墨西哥自治大学、名古屋大学、大阪大学的国际共同研究小组组成。研究成果发表在《Nature Communications》上。

控制恐惧心理在人和动物的生活中非常重要。另一方面，像所谓的创伤记忆一样，强烈的恐怖体验的记忆，也经常会被日常生活中无关的感觉刺激唤醒。这些被称为“侵入性回忆”或“闪回”，是由于毫无关联地引起的痛苦、痛苦，给实际生活带来了各种各样的不自由，这是一个很大的问题。

从20世纪初开始，有关创伤性记忆的研究就非常活跃。例如，老鼠在听声音的过程中，如果受到微弱的电刺激，就会表现出恐惧反应。学习第二天，即使不给予电刺激，只要听到声音就会表现出恐惧反应，说明对声音已经形成了创伤记忆。这是一种被称为“恐怖联合学习”的机制，当同时经历本来无害的声音和原本讨厌的弱电刺激时，就会对声音产生恐惧心，使用该实验系的模型动物的脑科学研究，包括创伤后应激障碍（PTSD）等被认为对阐明与创伤相关的精神疾病的机制是有效的。

大脑是控制情绪、情绪以及相关记忆的重要器官。很多研究都指出，控制创伤记忆的大脑皮层的“前额叶皮质”有很大的作用。近年来的研究表明，创伤记忆是由许多神经细胞集团保持的。一般认为，脑神经细胞通过集体组成网络，像计算机一样进行信息处理。但是，目前还不清楚是否存在处理创伤记忆的神经细胞网络，也不知道这些细胞集团是以怎样的结构产生的。如果能进一步理解创伤记忆的网络和产生机制，有望为PTSD等难治性精神疾病的治疗方法开发带来新的突破口。

开发并分析前额叶大型神经细胞群活动的长期记录方法

因此，研究小组着手阐明大脑的前额叶皮质中记忆的精神创伤的实际情况。以老鼠为对象，通过声音、弱电刺激的恐怖联合记忆实验系统进行了研究。

为了调查创伤记忆产生的机制，比较其成立前后同一细胞集团的活动是很重要的。在“in vivo 2光子成像”的基础上，利用“光”对活体动物的大脑进行长期测量，并将“微创棱镜埋入法”和“在成像过程中实施记忆课题的新装置”进行了综合，开发出了新方法。这样一来，就可以在创伤体验前后，对位于脑深部的前额叶皮质进行大规模的神经活动观察，从神经细胞集团的活动“变化”中捕捉创伤记忆的实体。

当体验被创伤化时，神经细胞集团形成了新的功能网络

并且，与以往的研究不同，在鉴定创伤记忆的神经细胞集团的基础上，追溯记忆获得前的神经活动数据来检测差异，以阐明“记忆产生的结构”为目标。试图通过解读大规模神经活动数据来识别与创伤记忆（学习后发生的恐惧反应）密切相关的神经细胞集团，但用传统方法很难实现。其原因之一是，作为观察对象的前头前野除了恐怖记忆以外，还同时控制着很多信息和脑功能。并且，利用被称为弹性网的机械学习解析的检测力的高度，成功开发了“高精度筛选承担创伤记忆的神经细胞集团的方法”。另外，通过图形建模这一新的数理分析技术，计算了承担创伤记忆的集团中神经细胞之间如何相互控制、“神经细胞网络内部的功能结合状态”，详细调查了创伤记忆的实体。

结果表明，创伤体验后新产生的“创伤记忆的神经细胞网络”，是通过体验增加特定细胞集团的内部结合（功能结合）而形成的。进一步发挥图形化建模的特性，对网络结构变化进行了详细调查，结果发现，与引发创伤记忆的“弱电刺激”相关的神经细胞，与原本无害的“声音”相关的神经细胞，并无关系。但是，在经历创伤后，又形成了新的功能连接（形成网络）。由此可见，“联合电路”已经诞生。

以在创伤体验中活跃的细胞为“中枢”，形成依赖经验的中枢网络

此外，还观察到“弱电刺激”的神经细胞具有成为创伤记忆网络“中枢”的倾向。这些结果表明，创伤记忆以对“创伤体验（弱电刺激）”活动强烈的细胞为中枢，形成了“经验依赖性中枢网络”。此外，在因用于治疗PTSD的“消除学习”而难以产生恐怖反应的小鼠中，还观察到这些神经细胞群的活动及其信息处理失败，这也表明特异性地抑制该创伤存储网络的活动和信息处理是治疗的关键。

有望成为PTSD等难治性精神疾病的新突破口

通过这次的研究，在世界上首成功捕捉到“当体验变成创伤时，以对恐怖体验做出强烈反应的神经细胞为中心，形成了新的信息处理网络，处理有关恐怖记忆的信息”。

研究小组表示：“将来，如果能抑制这些细胞的功能，就有可能缓解PTSD等创伤记忆带来的危害。另外，此次开发的神经网络评价法，也许会成为精神疾病治疗药物效果的新指标。”