シナプスが半数以上失われても記憶はなぜ消えないのか？OISTが解き明かした「脳のネットワーク設計図」

想像してみてください。あなたの脳のシナプス接続の過半数が突然消えてしまったら――記憶も同時に失われるはずですよね？ しかし、沖縄科学技術大学院大学（OIST）と筑波大学、自然科学研究機構 生命創成探究センター／生理学研究所の国際共同研究チームによる、科学誌『Science』に掲載された新たな研究が、この常識を真っ向から覆しました。

研究チームはマウスに人工的な冬眠状態を誘導。これにより海馬（記憶の中枢）の活動は約70%低下し、樹状突起スパイン（シナプスの構造基盤）の半数以上が消失しました。ところが、目を覚ましたマウスは、恐怖条件付けや迷路の空間ナビゲーションなどの学習課題をしっかりと覚えていたのです。海馬の空間表現（場所細胞の活動パターン）も、驚くべき精度で復元されていました。

これは単なる偶然の観察ではありません。記憶の仕組みそのものを問い直す、まさに「パラダイムシフト」とも言える発見です。

従来の説：「強いシナプス」が記憶のカギだった

長年にわたり、長期記憶の物理的な基盤は「長期増強（LTP）」であると信じられてきました。LTPとは、学習によって特定の神経細胞間のつながり（シナプス）が強化され、その部分の樹状突起スパインが大きくなる現象です。この「大きくて丈夫なシナプス」こそが記憶の実体であり、それが安定していればいるほど記憶も強固に保たれる、と考えられてきたのです。

ところが、自然の冬眠中には、これらの大きなスパインも容赦なく刈り込まれます。従来の説に従えば、マウスは目覚めたときに深刻な健忘症に陥っているはずでした。しかし、そうはなりませんでした。

OIST記憶研究ユニットを率いる田中和正准教授は次のように説明します。「これまで、記憶の想起にはシナプスの強化が重要であり、樹状突起スパインが大きく、より強いシナプスこそが長期記憶の保持に不可欠だと考えられてきました。しかし今回の研究では、すべてのシナプスが重要だというわけではなく、記憶痕跡（エングラム）を担うシナプスの配置パターンが極めて重要であることが明らかになりました」。

実際に記憶を守っていたもの：シナプス・クラスター・アーキテクチャ

では、刈り込みを生き延びたものの正体は何だったのでしょうか？ その答えは、記憶の「物理的な痕跡」であるエングラム内における、シナプスの**「トポロジカル（位相的）な組織構造」**にありました。

具体的には、特定のクラスターを形成してつながったシナプス群――いわば「より広範なネットワーク・アーキテクチャ」――が、広範囲にわたるシナプス消失の中でも保護されていました。この保存された構造的な配置が「コアとなる記憶痕跡」として機能し、目覚めた後の脳が機能的な回路を再構築するための設計図となったのです。

田中准教授は「この広範なネットワークのトポロジカルな構造こそが、個々の頑丈なシナプス接続よりも重要であるように思われます」と強調します。

例えるなら、これは街の構造のようなものです。もし個々の強いシナプスを「超高層ビル」だとすれば、エングラムのアーキテクチャ（配置構造）は「街路のグリッド（基盤目のレイアウト）」に当たります。個々のビルが取り壊されても、その背後にある街区の設計図が残っていれば、街は再建可能です。「超高層ビル」を失っても「街路の設計図」を保持したマウスは、記憶を失うことなく機能的な生活に戻れたのです。

実験の仕組み：人工冬眠という「記憶の窓」

研究チーム（筆頭著者：Yu-Ju Lin氏）は、視床下部のQニューロンを活性化することで、持続的な低体温と代謝抑制（自然の冬眠に酷似した状態）を誘導するマウスモデル「人工冬眠」を採用しました。

脳構造のイメージングを通じて、この冬眠様状態の間にシナプスレベルで何が起きているかを詳細に追跡した結果、以下の点が明らかになりました。

• 海馬の活動が約70%低下
• 樹状突起スパイン（シナプス）の半数以上が消失
• シナプスの消失は、スパインの大きさとは無関係（大きな「強い」スパインも、小さなスパインと同様に刈り込まれた）
• しかし、「多シナプス性ブートン（一つの軸索終末が複数のスパインと接続する構造）」に関わる特定のスパインは、優先的に維持された

この維持された「多シナプス接続」のクラスターこそが、記憶を束ねていたアーキテクチャだったのです。

記憶研究へのインパクト：個からネットワークへ

OISTの研究は、シナプスの安定性と記憶の安定性が必ずしも一致しないことを示す、急速に蓄積されつつある一連の研究に加わるものです。例えば、2014年のアメフラシ（ウミウシ）の研究では、シナプスの発現を消去しても長期記憶が復活することが示され、2020年の『Science』誌の研究では、通常の忘却プロセスにミクログリア（免疫細胞）によるシナプス除去が関与していることが報告されました。さらに2025年の『Science』誌の研究では、長期記憶の獲得が、従来の「ヘブ則（細胞が同時に発火するとつながりが強化される）」に必ずしも従わない多シナプス性ブートンの増加と関連することが示されています。

これらの発見は、記憶が個々のシナプスに保存されるのではなく、シナプス群の「クラスターを介した接続パターン」という、より複雑でネットワークレベルの視点で理解すべきであるという方向に、科学者の考えを導いています。

アルツハイマー病や脳損傷治療への希望

もし記憶保持の鍵が個々のシナプスの強度ではなく「シナプス構造のアーキテクチャ」にあるなら、これは記憶喪失の治療に深い意味を持ちます。

アルツハイマー病、脳卒中、外傷性脳損傷はいずれも広範なシナプス喪失を特徴とします。もし治療法が、個々のシナプスを強化しようとするのではなく、この「高次のクラスターパターン」を保護・修復することを標的にできれば、はるかに効果的に記憶機能を維持できる可能性があります。

興味深いことに、別の研究グループによる2021年の先行研究では、マウスにおける単回の「トーパー（低体温休眠）と覚醒」が海馬の長期増強を促進し、アルツハイマーモデルマウスの記憶性能を回復させることが報告されています。これは、冬眠様状態そのものが記憶障害に対して治療効果を持つ可能性を示唆しています。

結論：脳は想像以上にしなやか（レジリエント）である

脳は私たちが想像していたよりもはるかに回復力に富んでいます。長期記憶は、一つ一つが無敵の個別シナプスの集合に依存しているわけではありません。その基盤にあるのは、接続の「しなやかなパターン」――大半の接続が失われた後でも再構築を導くことができる、構造的な設計図なのです。

田中准教授の言葉を借りれば、「より広範なネットワークのトポロジカルな構造こそが、本当に重要なのです」。