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SCIENTIFIC AMERICAN August 2013

Perchance to Prune

眠りが刈り込む余計な記憶

By Giulio Tononi /Chiara Cirelli G. トノーニ /C. チレッリ
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Every night, while we lie asleep, blind, dumb and almost paralyzed, our brains are hard at work. Neurons in the sleeping brain fire nearly as often as they do in a waking state, and they consume almost as much energy. What is the point of this unceasing activity at a time when we are supposedly resting? Why does the conscious mind disconnect so completely from the external environment while the brain keeps nattering on?  人は毎晩眠り,その間は何も見ず,口もきかず,ほとんど麻痺状態になっているが,脳はせっせと働いている。睡眠中の脳のニューロン(神経細胞)は,覚醒時とほぼ同じ頻度で発火し,ほぼ同程度のエネルギーを消費している。人が一見休息をしているように見える時,こうした絶え間ない活動をしている意味とは何だろう。また,脳が活動し続けているのに,意識はなぜ外界からこれほど完全に遮断されているのだろう。
The brain’s activity during rest likely serves some essential function. The evidence for this importance starts with sleep’s ubiquity. All animals apparently sleep even though being unconscious and unresponsive greatly raises the risk of becoming another creature’s lunch. Birds do it, bees do it, iguanas and cockroaches do it, even fruit flies do it, as we and others demonstrated more than a decade ago.  睡眠中の脳の活動は,何らかの重要な役割を担っている可能性が高い。その第1の証拠は,睡眠があらゆる動物に普遍的であることだ。無意識・無反応の状態になると他者の餌食になるリスクは大きく高まるのに,すべての動物は睡眠をとるようだ。鳥もハチもイグアナもゴキブリも眠る。私たちは10年以上前,ショウジョウバエでさえ眠ることを確かめている。
Furthermore, evolution has devised a few extraordinary adaptations to accommodate sleep: dolphins and some other marine mammals that must surface often to breathe, for example, sleep by alternately switching off one hemisphere of their brain while the other remains in a waking state.  しかも睡眠のためのいくつかの驚くべき適応が進化を通じてなされている。例えば,呼吸のためしばしば浮上しなければならないイルカなどの海洋哺乳類は眠っている間,脳の半球を片方ずつ交互に休ませ,脳の片方が休む間はもう片方が覚醒状態を保つ。
Like many scientists and nonscientists, the two of us have long wondered what benefit sleep provides that makes it so crucial to living creatures. More than 20 years ago, when we worked together at the Sant’Anna School of Advanced Studies in Pisa, Italy, we began to suspect that the brain’s activity during slumber may somehow restore to a baseline state the billions of neural connections that get modified every day by the events of waking life. Sleep, in this telling, would preserve the ability of the brain’s circuitry to form new memories continually over the course of an individual’s lifetime without becoming oversaturated or obliterating older memories.  睡眠が何の役に立ち,生物にとって欠かせないものになっているのか,昔からの謎だった。私たちは,イタリア・ピサにある聖アンナ高等師範学校に共に勤務していた20年以上前,睡眠中の脳の活動が,覚醒時の出来事によって日々変更される何十億もの神経結合を,何らかの方法で基本状態に戻すのではないかと考え始めた。この仮説では,睡眠は,脳が記憶で過飽和になったり,古い記憶を消去したりすることなく,一生にわたって絶えず新たな記憶を形成できるようにしている。
We also have an idea of why awareness of the external environment must be shut off during sleep. It seems to us that conscious experience of the here and now has to be interrupted for the brain to gain the chance to integrate new and old memories; sleep provides that respite.  睡眠中に外界の認識を遮断しなければならない理由についても,私たちは仮説を立てている。脳が新たな記憶を古い記憶と統合する際には,現在起きている事柄を意識する体験を一時的に中断する必要があるだろう。そのための時間が睡眠によって与えられるのだ。
Our hypothesis is somewhat controversial among our fellow neuroscientists who study sleep’s role in learning and memory because we suggest that the return to baseline results from a weakening of the links among the neurons that fire during sleep. Conventional wisdom holds, instead, that brain activity during sleep strengthens the neural connections involved in storing newly formed memories. Yet years of research with organisms ranging from flies to people lend support to our notions.  私たちの仮説は,睡眠の学習・記憶面の役割を研究している神経科学者の間で少しばかり物議をかもしている。というのも,ニューロンの状態復帰が起こるのは,睡眠中に発火するニューロンの間の結合が弱まることによると考えているためだ。従来の知見では逆に,睡眠中の脳の活動は,新たに形成された記憶の保存に関係した神経結合を強化するとされている。だが,ハエからヒトまでの生物についての長年の研究は,私たちの見方を裏付けている。