私たちは日々たくさんの出来事を経験し、それが記憶として脳に蓄えられていきます。
睡眠はその記憶を定着させる大事な時間です。
しかし富山大学で行われたマウス研究によって、眠っている脳内では、過去の記憶を整理・強化しつつ、これから起こる出来事に備えて新しい記憶の「受け皿」を用意するという二つのプロセスが同時に進んでいることが明らかになりました。
言い換えれば、睡眠は「過去の整理」だけでなく「未来の記憶への投資」でもあったのです。
研究内容の詳細は2025年4月28日に『Nature Communications』にて発表されました。
目次
- 記憶は経験前に準備される？未解明だった謎に挑む
- 脳は寝ている間に昨日の記憶を整理し、明日の記憶を密かに仕込んでいる
- 睡眠は「過去の整理」だけでなく「未来の記憶への投資」でもある
記憶は経験前に準備される？未解明だった謎に挑む
これまでの研究から、睡眠が前日の記憶を定着（強化）させるために必要不可欠であることが知られていました。
例えば、昼間に学んだことは一晩眠ることでより思い出しやすくなる──これは脳が睡眠中にその記憶を再現して「おさらい」し、しっかり定着させているためだと考えられています。
実際、ある出来事の記憶は、それを担う特定の神経細胞の集団（エングラム細胞集団と呼ばれます）が経験後の睡眠中に再び活動（再現）することで脳内に固定されることがわかっています。
エングラム細胞とは、その出来事の最中に活性化し記憶の内容を符号化した神経細胞で、後でそれらが再び活動するとその記憶が想起される、いわば記憶の担い手です。
しかし、一つ疑問が残っていました。エングラム細胞は果たして出来事を経験したその瞬間に初めて選ばれてできるのでしょうか？
それとも実は、経験する前から将来の記憶の担い手となる細胞があらかじめ脳内に用意されているのでしょうか？
もし“予備”の記憶細胞が事前に存在するのだとしたら、それはどのように準備されるのでしょうか？
また、睡眠中の脳は過去の記憶を整理するだけでなく、未来の記憶を担う細胞を選抜・準備する役割も果たしているのか？
それも大きな謎でした。
この未知の問題に挑んだのが、富山大学の井ノ口馨（いのくち かおる）卓越教授（神経科学）とカレド・ガンドウル特命助教らを中心とする研究チームです。
彼らはマウスを使った巧みな実験によって、睡眠中に脳内で「過去の記憶の保存」と「未来の記憶の下準備」が並行して行われていることを世界で初めて実証しました。
脳は寝ている間に昨日の記憶を整理し、明日の記憶を密かに仕込んでいる
研究チームはまず、自由に動き回るマウスの脳内でリアルタイムにエングラム細胞の活動を観察することにしました。
脳の記憶中枢である海馬（かいば）のCA1領域に微小レンズを挿入し、遺伝子改変で蛍光タンパク質を組み込んだマウスを用いることで、どの神経細胞が活動しているかを光で可視化できるようにしたのです。
これにより、マウスが新しい環境を探索している最中や、その前後の睡眠中に、海馬のどの細胞が活動しているか（エングラム細胞かどうか）を詳細に記録することが可能になりました。
具体的には、マウスに2日間にわたる体験をさせ、その合間の睡眠中の脳活動を観察しました。
1日目、マウスをまったく初めて見る環境A（例えば円形の部屋）に入れて自由に探索させます（「経験A」）。
その直前と直後にはマウスは睡眠をとっており、研究者たちはその間の脳内活動も記録しました。
翌日2日目、マウスはまず再び環境Aに入ります（前日の記憶を想起する状況）。
続いて、形や匂いの異なる新しい環境B（例えば四角い部屋）を探索させました。
こうして「睡眠 → 経験A（環境A探索） → 睡眠 → 環境A再訪 → 経験B（環境B探索）」という一連のセッションで、海馬CA1中の数百個におよぶ細胞活動データが得られました。
研究チームはこの膨大なデータを解析し、どの細胞群がどのセッションでまとまって活動したか（すなわち細胞集団活動パターン）を抽出しました。
その結果、非常に興味深い事実が次々に明らかになりました。
では、その主な発見を順を追って見てみましょう。
エングラム細胞は学習前の睡眠中からすでに活動している
– 解析の結果、1日目の新しい環境Aの記憶を担うエングラム細胞集団は、経験Aをする前の睡眠中の時点で既に一度まとまって活動していたことが分かりました。
つまり、マウスが環境Aを初めて体験する前に、将来その経験Aの記憶を担う細胞グループが睡眠中に「予行演習」のように活動していたのです。
さらにその細胞グループのうち約半数は、経験Aの後の睡眠中や翌日の想起時にも再び出現（リプレイ）しました。
これは、それらの細胞が実際に経験Aのエングラム細胞（記憶細胞）となったことを裏付けています。
次の記憶を担う“エングラム予備細胞”が睡眠中に出現する
– 続いて、その「未来の記憶の担い手予備軍」がいつ現れるのかを調べました。
すると、環境Aの経験直後の睡眠中に現れた別の細胞集団が、翌日の環境B体験中に再び活動することが判明しました。
この細胞集団は、活動パターンに特徴的な繰り返しが多く見られる点や、全細胞中に占める割合がエングラム細胞とほぼ同じ約8%である点などから、エングラム細胞と同様の特徴を備えていました。
つまり、このグループこそ次の新しい経験Bの記憶を担う「エングラム予備細胞集団」であると考えられたのです。
興味深いことに、この予備細胞集団の出現は睡眠中にのみ見られ、覚醒中には確認されませんでした。
脳は眠っている間にこそ、次に来る体験に備えて新しい記憶の器となる細胞グループを立ち上げていたのです。
「未来の記憶」予備細胞は前の記憶のリプレイと同期していた
– さらに分析を進めると、エングラム予備細胞集団は睡眠中に起こる前の記憶（環境A）のリプレイ（再現）と同じタイミングで活動していることが分かりました。
過去の複数の記憶を同時に再生することで新しい情報を生み出す──睡眠にはそんな働きがあることが最近の研究で示唆されています。
今回の結果もまさにそれを裏付けるもので、前日の記憶を担う細胞が再活性化した瞬間に、次の記憶を担う細胞集団が現れるという現象が確認されたのです。
これは、過去の記憶の定着（再生）と未来の記憶の準備が、睡眠という同じ時間の中で並行して行われていることを直接示す発見と言えます。
睡眠中の脳内ネットワーク再編成が「未来の記憶」に備えるカギ
– では、なぜ睡眠中にこのような未来の記憶の予備細胞が生まれるのでしょうか。
そのメカニズムを探るため、研究チームは海馬回路のコンピュータモデルを構築しシミュレーションを行いました。
ポイントは睡眠中に特有の二つのシナプス（神経接続）変化です。
一つは海馬で起こるシャープウェーブ・リップル（SWR）という高速波イベントで、これは深い眠りの間に起こり記憶の再生を伴う脳波です。
モデルでは、SWRの作用によりエングラム細胞へのシナプス結合が強く保たれ記憶が固定される一方で、他の細胞に対する不要な結合は弱められるように設計しました。
もう一つはシナプス・スケーリングと呼ばれる仕組みで、各ニューロン（神経細胞）への入力の総量を一定に保つよう全体の接続強度を調整する現象です。
このモデル上で先ほどのマウスと同じように「経験前→経験A→睡眠→経験B」の学習を再現すると、実験と同じくエングラム細胞とエングラム予備細胞集団の出現が確認されました。
逆に言えば、SWRによるシナプス弱化やスケーリングの要素を取り除くと、予備細胞集団はうまく現れなかったのです。
このことから研究チームは、睡眠中の特殊な脳活動によって不要な結合が「整理整頓」され、そのおかげで将来の新しい情報に備えた回路が生み出されると考察しています。
言わば脳は睡眠中に、前の経験に関連する不要・弱い結合を整理し、新しい経験を受け入れるためのネットワーク再編成を行っているのです。
睡眠は「過去の整理」だけでなく「未来の記憶への投資」でもある
今回の研究により、睡眠中の脳が舞台裏で過去と未来の二つの記憶処理を同時並行で行っていることが初めて示されました。
この発見は、「なぜ眠るのか？」という根源的な問いに対する新たな答えの一端を提供するものです。
一般には、ヒトが眠るのは単に体と脳を休めるためだと考えられています。
しかし実際には、脳は眠っている間むしろ活発に働いており、昨日の記憶を整理しながら明日の記憶の準備までしている──つまり睡眠は過去と未来の情報をつなぐための大切な時間なのです。
研究代表者の井ノ口教授も「睡眠が過去の記憶の定着に必要であることは以前から知られていたが、同時に未来の記憶獲得にも影響することが示された」と強調しています。
この成果は、私たちの学習や記憶に対する睡眠の重要性を改めて教えてくれます。
例えば、勉強や練習の合間に質の高い睡眠をとることで、既に学んだことをしっかり覚えるだけでなく、次に学ぶことの吸収を良くする効果も期待できるかもしれません。
逆に、睡眠不足や睡眠の乱れは、過去の記憶の定着だけでなく新しい知識を習得する脳の準備までも妨げてしまう可能性があります。
将来的には、睡眠中の脳活動を人為的に調節することで記憶力を高める、といった学習促進の手法が開発されるかもしれません。
実際、研究チームは「睡眠中の脳の潜在能力を引き出すことで記憶力を向上させる方法の発見につながることを期待している」と述べています。
最後に、この研究は私たちの日常生活にも示唆を与えてくれます。
「睡眠は単なる休息ではなく、脳が情報を処理する上で極めて重要な役割を果たしているのだということを、ぜひ知ってほしい。そうした視点で睡眠の価値を見直し、日々の生活の質向上に役立ててほしい」と井ノ口教授は呼び掛けています。
脳は眠っている間も未来への投資を怠りません。
私たちも十分な睡眠をとることで、その脳の働きを最大限に活かし、学びや記憶に役立てていきたいものです。
参考文献
脳が未来の記憶に備える重要なプロセスを発見— 睡眠は単なる休息ではない —
https://www.u-toyama.ac.jp/news-press/112211/
元論文
Parallel processing of past and future memories through reactivation and synaptic plasticity mechanisms during sleep
https://doi.org/10.1038/s41467-025-58860-w
ライター
川勝康弘: ナゾロジー副編集長。 大学で研究生活を送ること10年と少し。 小説家としての活動履歴あり。 専門は生物学ですが、量子力学・社会学・医学・薬学なども担当します。 日々の記事作成は可能な限り、一次資料たる論文を元にするよう心がけています。 夢は最新科学をまとめて小学生用に本にすること。
編集者
ナゾロジー 編集部
