生物はなぜ眠るのか？

東京大学の研究グループは、睡眠中に脳の回路がどのようにクールダウンされるのかを解明したと発表しました。

学習したことや記憶の多くは、脳の海馬でニューロン同士のつながりが強まる長期増強（ＬＴＰ）が生じることによって保存されます。この時脳回路の活動レベルも上昇し、ＬＴＰはあるレベルに到達すると飽和してしまい、それ以上は記憶できなくなります。

そのため海馬には、ＬＴＰの飽和を避ける「クールダウン」機構があると約70年前から予想されていました。

研究グループは、海馬から睡眠中に発生する「シャープウエイブリップル（ＳＷＲ）という脳波に着目しました。まず睡眠中のマウスの興奮後シナプス場電位（ｆＥＰＳＰ）を記録したところ、睡眠の経過とともにｆＥＰＳＰが減弱していました。

ｆＥＰＳＰはニューロン同士のつながりの強さを示すことから、睡眠中にニューロン間のつながりが自然と弱まることが確認できました。次に睡眠中に生じるＳＷＲを選択的に阻害したところ、ｆＥＰＳＰは減弱しませんでした。

またＳＷＲを7時間阻害し続けると、十分な睡眠をとっているにもかかわらず、マウスの脳回路の興奮性は高いままで、正常レベルへクールダウンされることは有りませんでした。このマウスに実施した物体位置認識試験から、学習成績が低下し寝不足のような状態であることが分かりました。

これらの結果は、ＳＷＲを発生する（脳波上の睡眠状態を再現する）ように作成した海馬スライス標本でも観察されました。以上から、ＳＷＲは海馬のニューロン間のつながりを弱めることで、海馬の神経回路をクールダウンしていることが明らかになりました。

記憶に関わったニューロンを標識できる遺伝子改変マウスからスライスの標本を作製し、ＳＷＲ発生時のニューロンの活動を詳細に調べました。その結果、眠る直前に学習した情報をコードするニューロン群では、クールダウンは生じませんでした。

つまりＳＷＲは、記憶とは無関係な成分を減らして、記憶のキャパシティを確保することが分かりました。この睡眠時の自発的なプロセスによって、記憶が睡眠中に効率よく整理されていることが推察されます。

また睡眠中にＳＷＲを阻害することで睡眠不足の状態を十分再現できることから、睡眠の目的の一つに「ＳＷＲを出して脳の回路をクールダウンすること」があるといえます。自閉スペクトラム症や統合失調症の患者、および高齢者の脳において、ＳＷＲの発生低下や脳回路の過剰興奮が起こることが知られています。

研究グループは、これらをＳＷＲの観点から検討し、治療法の確立を目指すとしています。