私たちは日常生活の中で、「いま何秒たったか」「次にいつ何が起こるか」を絶えず予測しています。では、脳の中にある時間の物差しは、1つなのでしょうか。それとも、複数の脳領域がそれぞれ別の時計のように時間を計っているのでしょうか。

東京科学大学（Science Tokyo） 医歯学総合研究科 細胞生理学分野の今村啓人大学院生、平理一郎准教授らの研究チームは、マウスに次の報酬タイミングを予測する行動課題を学習させ、前頭葉の二次運動野（M2）と頭頂葉の後部頭頂皮質（PPC）の活動を、2光子カルシウムイメージングによって同時に記録しました。神経活動から「脳がどの時点を表しているか」を読み解いたところ、2つの領域はいずれも時間を表現していましたが、その読み取り結果は常に完全に一致しているわけではありませんでした。具体的には、M2とPPCが同じように時間を読み違える「協調誤差」と、片方だけが読み違える「独立誤差」の両方が見つかりました。これは、脳の時計が1つに固定されているのではなく、複数の領域が同じ時間を共有する場合と、それぞれ別々に時間を進める場合の両方を併せ持つことを示しています。 さらに研究チームは、「なぜ2つのモードが生まれるのか」というメカニズムを調べるため、Twin-RNNモデルという計算機上の神経回路モデルを構築し、解析を行いました。その結果、2つの脳領域をつなぐまばらな結合と、脳全体に広がる1/f ゆらぎが、この2つのモードを生み出すことを明らかにしました。まばらな結合は、2つの領域をそろえる方向に働き、広い範囲に及ぶゆらぎは、各領域が完全には同期せず、独自の時間表現を保つ余地を生み出していました。これは、脳が「複数領域で同じ時間を共有する」安定性と、「必要な領域が独自の時間を追う」柔軟性を両立させる仕組みを示すものです。

本成果は、複数の脳領域が協力しながらも独立性を保つ仕組みの理解を進めるものです。将来的には、認知機能の理解や、脳領域間の連携の乱れが関わる精神・神経疾患の理解、さらには安定性と柔軟性を兼ね備えた脳型AIやロボット制御システムの開発につながることが期待されます。本成果は、6月11日付（現地時間）の「Nature Communications 」誌に掲載されました。