この研究は、脳の老化が線形のプロセスではなく、非線形の移行を示すことを探求しています。彼らはfMRIデータと生体指標を統合し、中高年期（40代）に始まる脳ネットワークの不安定化の「ランドマーク」を特定しました。この不安定化はインスリン抵抗性に起因するグルコース代謝不全と関連しており、特にニューロンのGLUT4トランスポーターが関与していることが示されています。しかし、ケトン体のMCT2トランスポーターを介した摂取は、このインスリン抵抗性を迂回し、脳ネットワークを安定化させる効果があることが示されています。この効果は40歳から60歳の間で最も顕著であり、早期の代謝的介入が脳の加齢性認知機能低下を防ぐ上で重要であることを示唆しています。

Proc Natl Acad Sci U S A. 2025 Mar 11;122(10):e2416433122. doi: 10.1073/pnas.2416433122. Epub 2025 Mar 3.

Brain aging shows nonlinear transitions, suggesting a midlife "critical window" for metabolic intervention

B B Antal et al

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40030017/

提示された研究論文は、睡眠の恒常性制御における視床の核である核網様体（RE）の役割に焦点を当てています。具体的には、REニューロンの活動が睡眠不足時に増加し、その後の恒常的な回復睡眠に必須であることが示されています。この論文は、REニューロンと視床下部網様体（ZI）ニューロン間の神経回路における可塑的変化が、睡眠不足の分子的な指標として機能し、カルシウム/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼII（CaMKII）がこの可塑性と深い睡眠の促進に必要であることを明らかにしています。最終的に、この研究は睡眠不足が睡眠回路の機能的結合をどのように変化させ、持続的で深い睡眠を促すかというメカニズムを解き明かしています。

Science. 2025 Jun 19;388(6753):eadm8203. doi: 10.1126/science.adm8203. Epub 2025 Jun 19.

Sleep need-dependent plasticity of a thalamic circuit promotes homeostatic recovery sleep

S S Lee et al

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40536979/

本稿では、覚醒中に蓄積され、睡眠中に解消されるホメオスタシス睡眠圧の生物学的基盤に焦点を当てています。研究者たちは、シナプス強度と睡眠圧の間の因果関係を明らかにするために、理論的枠組みとシナプス強度を操作する分子ツールを開発しました。具体的には、SYNCit-K（シナプス標的化学誘導性Kalirin-7転座）と呼ばれる化学遺伝学的ツールを用いて、前頭前皮質（PFC）の興奮性ニューロンにおけるシナプス増強がノンレム睡眠量と脳波デルタパワーを増加させることを示しました。これらの発見は、哺乳類の睡眠圧がPFCの興奮性ニューロンのシナプス強度によって決定されるという結論を裏付けています。

Science. 2024 Sep 27;385(6716):1459-1465. doi: 10.1126/science.adl3043. Epub 2024 Sep 26.

Prefrontal synaptic regulation of homeostatic sleep pressure revealed through synaptic chemogenetics

T Sawada et al

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39325885/

この学術論文では、細胞内の塩化物イオン濃度（[Cl-]i）の調節が、脳の局所的な睡眠圧力をどのように媒介するかを詳細に解説しています。研究者たちは、覚醒時間の延長が皮質錐体ニューロンにおけるGABAA受容体（EGABAA）の平衡電位を脱分極させることを発見しました。この変化は、塩化物共輸送体の活動の変化に関連していることが示されています。さらに、EGABAAの変化が、睡眠不足時に見られる脳波の遅波活動（SWA）の増加や認知機能の低下といった、睡眠圧力の電気生理学的および行動的マーカーに寄与することが、マウスを用いた実験で明らかにされています。最終的に、この研究は塩化物イオンの調節が、睡眠覚醒履歴、皮質活動、および行動を結びつける重要なメカニズムであると結論付けています。

Nat Neurosci. 2023 Jan;26(1):64-78. doi: 10.1038/s41593-022-01214-2. Epub 2022 Dec 12.

Intracellular chloride regulation mediates local sleep pressure in the cortex

H Alfonsa et al

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36510112/

この研究は、高度な視覚を持つシジュウカラが、どのようにして遠隔地の記憶を呼び起こすかを解明しています。研究者たちは、シジュウカラの頭の動きを追跡することで視線の方向を特定し、その視線が脳の海馬にある場所細胞を活性化させることを発見しました。これは、鳥が特定の場所に物理的に存在しない場合でも、その場所を見るだけで空間的な記憶を呼び出す能力があることを示唆しています。さらに、この視線による符号化は、予測と反応という2つの異なる時間的段階を持ち、頭部のサッケード運動によって調整されていることも明らかになりました。これらの発見は、海馬が動物にとってその瞬間に最も関連性の高い場所を表現する、統一されたプロセスの一部として機能するという、海馬の新しい機能モデルを提案しています。

Nature. 2025 Jun 11. doi: 10.1038/s41586-025-09101-z. Online ahead of print.

Remote activation of place codes by gaze in a highly visual animal

H L Payne and D Aronov

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40500454/

提示された論文では、坂口＝蔵本モデルにおける結合位相発振器の挙動について、非普遍的な同期遷移の出現に焦点を当てて分析しています。彼らは、Ott-Antonsen法の周波数依存バージョンを導入し、これにより部分同期状態の詳細な分岐解析と安定性評価が可能となります。この方法を用いることで、研究者らは、様々な種類の周波数分布における同期挙動の複雑さを説明し、高次共次元分岐が非普遍的な現象を引き起こすメカニズムを明らかにしています。最終的に、この研究は、同期プロセスにおける連続スペクトルと固有値の役割を強調し、既存の理論を拡張するものです。

Omel’chenko, E., and Matthias Wolfrum. "Bifurcations in the Sakaguchi–Kuramoto model." Physica D: Nonlinear Phenomena 263 (2013): 74-85.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S016727891300239X

提示された科学論文は、睡眠が洞察力（「アハ体験」）に与える影響を調査しています。研究者たちは、N2睡眠が洞察の発生を促進することを発見し、これは以前の研究が示唆していたN1睡眠よりも深い睡眠段階の重要性を示唆しています。さらに、脳波（EEG）の非周期的な活動、特にスペクトル傾斜の急峻さが、睡眠段階とは独立して洞察を予測する強力な要因であることが明らかになりました。この非周期的な活動は、ニューラルネットワークにおける正則化やシナプスのダウンサイジングといったプロセスと関連付けられており、これらの脳のメカニズムが洞察の形成に寄与する可能性が示唆されています。

PLoS Biol. 2025 Jun 26;23(6):e3003185. doi: 10.1371/journal.pbio.3003185. eCollection 2025 Jun.

N2 sleep promotes the occurrence of 'aha' moments in a perceptual insight task

A T Löwe et al

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40569931/

この研究は、位相振動子理論を用いて、脳における電気的な「進行波」のダイナミクスと、それが神経系の計算において果たす役割を探求しています。著者らは、この理論が多様な種における嗅覚、視覚、視覚運動皮質で観察される電気的活動のパターンを理解する基盤を提供すると論じています。特に、刺激がない期間に波が頻繁に存在し、強力な刺激がある場合には同期活動が優勢になるという切り替えに焦点を当てています。研究は、位相差の存在が感覚情報のスキャンを可能にするという計算上の役割を提唱し、この理論的アプローチを検証するための実験を提案しています。

Review Neuron. 2001 Jan;29(1):33-44. doi: 10.1016/s0896-6273(01)00178-7.

Traveling electrical waves in cortex: insights from phase dynamics and speculation on a computational role

G B Ermentrout, D Kleinfeld

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11182079/

本研究は、ラットの海馬におけるシータ波の伝播に焦点を当てています。これまでの定説であったシータ波の同期性とは異なり、著者はシータ波が海馬の長軸に沿って伝播する進行波であることを実験的に示しました。この発見は、海馬の活動が時間だけでなく空間的にもパターン化されていることを意味します。さらに、神経細胞の発火パターンもこの進行波と一致することが示され、海馬が物理空間の連続したセグメントを表現している可能性が示唆されています。研究は、複数のメカニズムがシータ波の進行に寄与している可能性に言及し、今後の研究が情報表現と処理の方向性を明らかにする上で重要であると結論付けています。

Nature. 2009 May 28;459(7246):534-9. doi: 10.1038/nature08010.

Hippocampal theta oscillations are travelling waves

E V Lubenov & A G Siapas

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19489117/

この科学論文は、歯状回における神経ネットワークの同期性について、介在ニューロン、特にパルブアルブミン陽性介在ニューロン（PV+ INs）の再発性接続が同期の生成に十分であるかを、生物物理学的計算モデルを用いて調査しています。研究者たちは、再発性介在ニューロン接続が同期状態を引き起こすには不十分であることを見出し、これは介在ニューロンガンマ生成器（ING）モデルが歯状回では生物学的に妥当ではない可能性を示唆しています。彼らの結果は、同期性に対するPV+介在ニューロンの接続のわずかな影響を示していますが、それはネットワーク全体の同期状態をもたらすものではないと結論付けています。最終的に、この研究は歯状回ネットワークの同期を生成する上で、介在ニューロンの再発性が単独では役割を果たさない**という強い予測を立てています。

eNeuro

. 2025 Apr 23;12(4):ENEURO.0097-25.2025. doi: 10.1523/ENEURO.0097-25.2025.

Recurrent Interneuron Connectivity Does Not Support Synchrony in a Biophysical Dentate Gyrus Model

D Müller-Komorowska et al