how do we remember where we parked our car?

やたらに広い駐車場で

Here's the problem facing Homer.

車を停めた場所をどうやって覚えますか？

And we're going to try to understand

ホーマーさんに考えてもらいましょう

what's happening in his brain.

そして彼の脳で行われていることを

So we'll start with the hippocampus, shown in yellow,

理解してみましょう

which is the organ of memory.

まず 黄色で示した「海馬」

If you have damage there, like in Alzheimer's,

ここは記憶を司る器官です

you can't remember things including where you parked your car.

アルツハイマー病などで傷つくと

It's named after Latin for "seahorse,"

駐車した場所が覚えられなくなります

which it resembles.

なお 語源は形が似ている

And like the rest of the brain, it's made of neurons.

「タツノオトシゴ」のラテン名です

So the human brain

海馬は神経細胞でできています

has about a hundred billion neurons in it.

人間の脳には

And the neurons communicate with each other

千億もの神経細胞があり

by sending little pulses or spikes of electricity

それらの連絡は

via connections to each other.

微弱な電気パルスやスパイク信号を

The hippocampus is formed of two sheets of cells,

送り合うことで行われています

which are very densely interconnected.

海馬には二つの細胞層があり

And scientists have begun to understand

それらは密につながっています

how spatial memory works

近年 マウスやラットが

by recording from individual neurons

飼育ケージでえさを探している間の

in rats or mice

神経細胞の活動を計測することで

while they forage or explore an environment

「空間の認知」に関する

looking for food.

記憶の仕組みが

So we're going to imagine we're recording from a single neuron

解明されつつあります

in the hippocampus of this rat here.

いま仮に ラットの海馬にある

And when it fires a little spike of electricity,

１個の神経細胞を計測中とします

there's going to be a red dot and a click.

細胞が信号を発すると

So what we see

赤く光ると共にジジジと音がします

is that this neuron knows

ご覧の通り

whenever the rat has gone into one particular place in its environment.

この細胞はラットが

And it signals to the rest of the brain

特定の場所に行ったときだけ活動します

by sending a little electrical spike.

そして脳の他の部分に

So we could show the firing rate of that neuron

信号を送るのです

as a function of the animal's location.

図にすると この細胞がどの位置を

And if we record from lots of different neurons,

担当しているかがわかります

we'll see that different neurons fire

こうして多くの細胞を計測していくと

when the animal goes in different parts of its environment,

ラットが移動した場所ごとに

like in this square box shown here.

別々の細胞が働いていることが

So together they form a map

わかりました

for the rest of the brain,

こうして神経細胞は地図を作って

telling the brain continually,

脳全体に

"Where am I now within my environment?"

「いま自分がどこにいるか」を

Place cells are also being recorded in humans.

知らせ続けているのです

So epilepsy patients sometimes need

この「場所細胞」は人間にも見つかっています

the electrical activity in their brain monitoring.

てんかんの患者が

And some of these patients played a video game

定期的に脳の検査をするとき

where they drive around a small town.

小さな街をドライブするゲームを

And place cells in their hippocampi would fire, become active,

したことがありました

start sending electrical impulses

街の特定の場所をドライブすると

whenever they drove through a particular location in that town.

海馬の「場所細胞」が活性化し

So how does a place cell know

電気信号を送り始めるのです

where the rat or person is within its environment?

ではどのように場所細胞は

Well these two cells here

環境の中の位置を知るのでしょうか

show us that the boundaries of the environment

この2つの細胞は

are particularly important.

環境における「境界」が

So the one on the top

重要な事を示しています

likes to fire sort of midway between the walls

上の細胞は

of the box that their rat's in.

ラットが箱の壁の中央に

And when you expand the box, the firing location expands.

いる時に興奮するようです

The one below likes to fire

箱が大きくなれば 範囲も広くなります

whenever there's a wall close by to the south.

下の細胞は南側の壁に近い時に

And if you put another wall inside the box,

興奮するようです

then the cell fires in both place

ですから箱の中に新しく壁を作ると

wherever there's a wall to the south

動物が箱の中を歩きまわったとき

as the animal explores around in its box.

壁が南側にあるときに限って

So this predicts

その細胞が興奮するのです

that sensing the distances and directions of boundaries around you --

このことは

extended buildings and so on --

あなたの周りの建物などの

is particularly important for the hippocampus.

距離や方向を感じ取ることが

And indeed, on the inputs to the hippocampus,

海馬にとって非常に重要なことを示します

cells are found which project into the hippocampus,

実際に 海馬につながる細胞のなかで

which do respond exactly

ラットやマウスが歩きまわる際に

to detecting boundaries or edges

境界や縁への

at particular distances and directions

距離や方向を感知して

from the rat or mouse

海馬に

as it's exploring around.

正確に伝える細胞が

So the cell on the left, you can see,

発見されています

it fires whenever the animal gets near

左側の細胞は

to a wall or a boundary to the east,

実験動物が東側の境界や壁に

whether it's the edge or the wall of a square box

近づいた時に反応します

or the circular wall of the circular box

それが四角い箱であっても

or even the drop at the edge of a table, which the animals are running around.

丸い箱の曲がった壁であったとしても

And the cell on the right there

テーブルの縁であったとしてもです

fires whenever there's a boundary to the south,

そして右側の細胞は

whether it's the drop at the edge of the table or a wall

南側の境界があるときに反応します

or even the gap between two tables that are pulled apart.

それが壁やテーブルの縁であっても

So that's one way in which we think

離れたテーブルの隙間だったとしてもです

place cells determine where the animal is as it's exploring around.

これこそが「場所細胞」が

We can also test where we think objects are,

自分の位置を知る一つの手段と考えられます

like this goal flag, in simple environments --

目的物の場所の予想テストもしました

or indeed, where your car would be.

単純な場所の どこに旗があるか？

So we can have people explore an environment

要は駐車場の車の位置みたいなものです

and see the location they have to remember.

まず 実験する場所を探索してもらい

And then, if we put them back in the environment,

覚えるべき位置を見てもらいます

generally they're quite good at putting a marker down

少し後に もういちど同じ場所に戻ると

where they thought that flag or their car was.

大体の人は 旗や車がどこにあったか

But on some trials,

正確に示すことができます

we could change the shape and size of the environment

では こんどの実験では

like we did with the place cell.

部屋の形や大きさを

In that case, we can see

最初に見たものと変えてしまいます

how where they think the flag had been changes

この場合でも 私たちは

as a function of how you change the shape and size of the environment.

環境の形や大きさの変化に応じて

And what you see, for example,

目的物の位置を予想することができるのです

if the flag was where that cross was in a small square environment,

いいですか 例えば

and then if you ask people where it was,

小さな四角形の矢印部分に旗があるとします

but you've made the environment bigger,

そして 誰かに旗がどこにあるのか尋ねます

where they think the flag had been

ここで 四角形をもっと大きくすると

stretches out in exactly the same way

彼らの考える旗の位置が

that the place cell firing stretched out.

場所細胞の活性化領域が拡がるのと

It's as if you remember where the flag was

同様に拡大するのです

by storing the pattern of firing across all of your place cells

つまり どこに旗があるかの記憶は

at that location,

場所細胞の活性化パターンの蓄積により

and then you can get back to that location

行われているようです

by moving around

だから 少し後にその場所に戻っても

so that you best match the current pattern of firing of your place cells

場所細胞が同じように活性化する位置を

with that stored pattern.

動きまわって探すことで

That guides you back to the location that you want to remember.

覚えようと思った場所に

But we also know where we are through movement.

戻ってくることができるのです

So if we take some outbound path --

一方 動くことで位置を知ることもできます

perhaps we park and we wander off --

道を間違えたとき

we know because our own movements,

駐車して そのへんを歩きまわりますよね？

which we can integrate over this path

私たちは 動き回れば

roughly what the heading direction is to go back.

もとに戻るためにどの方向へ向かえば良いか

And place cells also get this kind of path integration input

ざっくり統合できると知っています

from a kind of cell called a grid cell.

場所細胞は このような進路統合信号を

Now grid cells are found, again,

「グリッド（格子）細胞」から得ています

on the inputs to the hippocampus,

グリッド細胞とは

and they're a bit like place cells.

海馬につながった細胞で

But now as the rat explores around,

場所細胞と似た性質があります

each individual cell fires

しかし ラットがあちこち動き回っているときの

in a whole array of different locations

あるグリッド細胞の働きを調べてみると

which are laid out across the environment

別々の場所で規則正しく活性化し

in an amazingly regular triangular grid.

驚くほど綺麗な三角形の格子を

And if you record from several grid cells --

作ることがわかります

shown here in different colors --

いくつかのグリッド細胞を記録してみると

each one has a grid-like firing pattern across the environment,

ここに 異なる色で示していますが

and each cell's grid-like firing pattern is shifted slightly

それぞれの細胞が持つ

relative to the other cells.

格子状の活性化パターンは

So the red one fires on this grid

少しずつ ずれていることがわかります

and the green one on this one and the blue on on this one.

赤の細胞は このような格子で

So together, it's as if the rat

緑はこう 青はこのように活性化しています。

can put a virtual grid of firing locations

まとめると ラットは

across its environment --

空間上に 仮想のグリッド（格子）を

a bit like the latitude and longitude lines that you'd find on a map,

置いているようです

but using triangles.

要は 地図にある経線や緯線のようなものです

And as it moves around,

三角形ですけどね

the electrical activity can pass

ラットがあちこち動き回るとき

from one of these cells to the next cell

ある細胞からある細胞へと

to keep track of where it is,

活性が受け継がれていくことで

so that it can use its own movements

現在位置が把握されます

to know where it is in its environment.

だから 自分の動きを利用して

Do people have grid cells?

今どこにいるかを知ることができるのです

Well because all of the grid-like firing patterns

人間もそうなのか？

have the same axes of symmetry,

まず 全ての格子状のパターンには

the same orientations of grid, shown in orange here,

対称の軸があり

it means that the net activity

オレンジで示したような方向性があります

of all of the grid cells in a particular part of the brain

つまり 私たちが

should change

６つの方向のどれかに向かっている場合と

according to whether we're running along these six directions

そうでない場合で

or running along one of the six directions in between.

脳の特定の場所にあるグリッド細胞の活動は

So we can put people in an MRI scanner

変わるはずです

and have them do a little video game

そこで何人かにＭＲＩスキャナーに入ってもらい

like the one I showed you

先ほどお見せしたような

and look for this signal.

ゲームをやってもらって

And indeed, you do see it in the human entorhinal cortex,

この信号を探しました

which is the same part of the brain that you see grid cells in rats.

すると 脳の「嗅内皮質」の中に見つかりました

So back to Homer.

ラットのグリッド細胞がある部分と 同じ場所です

He's probably remembering where his car was

では再びホーマーさん

in terms of the distances and directions

彼は どこに車を停めたかを

to extended buildings and boundaries

まわりの建物や壁からの

around the location where he parked.

距離や方角という情報から

And that would be represented

覚えているのでしょう

by the firing of boundary-detecting cells.

それは「境界」を検知する細胞に

He's also remembering the path he took out of the car park,

よって示されます

which would be represented in the firing of grid cells.

また 彼は駐車場から出る道を覚えていますが

Now both of these kinds of cells

それはグリッド細胞によって示されます

can make the place cells fire.

これらの二つの細胞は

And he can return to the location where he parked

場所細胞を活性化させます

by moving so as to find where it is

そして彼は戻ってくるときに

that best matches the firing pattern

場所細胞が記録したパターンに

of the place cells in his brain currently

最も合う場所に移動することで

with the stored pattern where he parked his car.

車を停めた場所に

And that guides him back to that location

戻ってくることができるのです

irrespective of visual cues

そしてホーマーさんは

like whether his car's actually there.

車という視覚的刺激の無い場所に

Maybe it's been towed.

導かれてしまいました

But he knows where it was, so he knows to go and get it.

きっと車は 牽引されてしまったのでしょう

So beyond spatial memory,

しかし彼はどこにあったかを覚えていて　たどり着けます

if we look for this grid-like firing pattern

さて 空間的な記憶だけでなく

throughout the whole brain,

脳全体にわたって格子状の活性化パターンを

we see it in a whole series of locations

探してみると

which are always active

たとえば最後に行った結婚式を思い出すような

when we do all kinds of autobiographical memory tasks,

「自伝的記憶」に関する

like remembering the last time you went to a wedding, for example.

作業を行うすべての場所で

So it may be that the neural mechanisms

格子状の活性パターンが見られました

for representing the space around us

つまり 空間を認知するための仕組みは

are also used for generating visual imagery

視覚的なイメージを

so that we can recreate the spatial scene, at least,

生み出すためも使われているのかもしれません

of the events that have happened to us when we want to imagine them.

だから私たちは 過去の出来事を思い出すとき

So if this was happening,

その場面を思い浮かべることができるのです

your memories could start by place cells activating each other

もしこれが本当なら

via these dense interconnections

あなたの記憶は この密な相互作用によって

and then reactivating boundary cells

場所細胞が互いに活性化させあい

to create the spatial structure

そして 境界細胞が活性化し

of the scene around your viewpoint.

あなたの視点の周りの空間を構築することで

And grid cells could move this viewpoint through that space.

始まっているのかもしれません

Another kind of cell, head direction cells,

そしてグリッド細胞は 視点を変えてくれます

which I didn't mention yet,

まだ言及していない「頭部方向細胞」は

they fire like a compass according to which way you're facing.

どの方向に顔を向けているかによって

They could define the viewing direction

コンパスのように活性化します

from which you want to generate an image for your visual imagery,

それらはあなたが創造したい

so you can imagine what happened when you were at this wedding, for example.

視覚的イメージに合わせて視野角を決めます

So this is just one example

こうして 結婚式場で起きたことを思い出せるのです

of a new era really

以上のことは

in cognitive neuroscience

脳を構成する

where we're beginning to understand

無数の神経細胞の活動から

psychological processes

私たちが　どのように記憶し 想像し

like how you remember or imagine or even think

考えるかなどを理解する

in terms of the actions

新たな時代の

of the billions of individual neurons that make up our brains.

認知神経科学の

Thank you very much.

一例にしか過ぎません

(Applause)

ありがとうございました