神経科学：ドーパミンが媒介する短期と長期の記憶動態の相互作用
Nature 634, 8036 doi: 10.1038/s41586-024-07819-w
絶えず変化する環境の中で、動物は感覚手掛かりの固有の誘意性と、複数の時間スケールにわたって学習したこうした手掛かりについての情報を基にして、行動の決定を下す。しかし、感覚刺激の固有の誘意性が、学習した誘意性情報の獲得やその後の記憶の動態にどのように影響するかは分かっていない。今回我々は、ショウジョウバエ（Drosophila）の脳で、キノコ体の短期記憶と長期記憶の相互結合したユニットが協調して、固有の誘意性と学習した誘意性を符号化するドーパミン信号を介して記憶を調節していることを示す。嗅覚連合条件付けを実行中のハエ500匹以上において、神経発火のタイムラプスin vivo電位画像化を行ったところ、PPL1（protocerebral posterior lateral 1）ドーパミンニューロン（PPL1-DAN）が、非一様かつ両方向的に、罰・報酬・においの手掛かりの固有の誘意性と学習した誘意性を符号化していることが見いだされた。学習の際、これらの誘意性信号は、キノコ体出力ニューロン（MBON）での記憶の保存と消去を調節する。初回の条件付け訓練では、PPL1-γ1pedcニューロンとPPL1-γ2α′1ニューロンが短期記憶形成を制御し、これによってMBON-γ1pedc>α/βからPPL1-α′2α2とPPL1-α3への抑制性フィードバックが減弱する。条件付け訓練をさらに続けると、この弱化したフィードバックにより、これら2つのPPL1-DANが条件付けにおい刺激の正味の固有誘意性と学習した誘意性の和を符号化できるようになり、これが長期記憶の形成を制御する。ハエのコネクトームと今回の発火データによって制約された新たな計算モデルは、ドーパミン信号がどのように短期記憶痕跡と長期記憶痕跡の間の回路間相互作用を媒介するかを説明しており、そこから得られた予測は我々の実験で確認された。全体としてキノコ体は、フィートバック相互結合を共有する平行な学習ユニットで固有の誘意性と学習した誘意性を統合することで、柔軟な学習を達成する。こうした生理学的–解剖学的混成機構は、脊椎動物の基底核など、他の動物種や脳構造においても、ドーパミンが記憶動態を調節する一般的な手法である可能性がある。
