脳の「時計」は1つではない −脳領域同⼠時間を共有しながら独⾃にも動く仕組みを発⾒−

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2026-06-12 東京科学大学

東京科学大学(Science Tokyo)の研究グループは、脳の時間認知が単一の「脳内時計」によって制御されるのではなく、複数の脳領域が時間情報を共有しながらも独立して時間を表現する仕組みを明らかにした。研究では、報酬の到来時刻を予測する課題を学習したマウスを用い、前頭葉の二次運動野(M2)と頭頂葉の後部頭頂皮質(PPC)の神経活動を広視野2光子カルシウムイメージングで同時記録した。その結果、両領域とも時間経過を表現していたが、時間の読み取りには「両領域が同じようにずれる協調誤差」と「一方だけがずれる独立誤差」が存在した。さらにTwin-RNNモデルによる解析から、脳領域間を結ぶ「まばらな結合」が時間情報の同期を促し、一方で脳全体に存在する「1/fゆらぎ」が各領域の独立性を維持していることが判明した。これにより脳は、複数領域で共通の時間を共有する安定性と、必要に応じて独自の時間計算を行う柔軟性を両立していると考えられる。本成果は、認知機能や精神・神経疾患の理解に加え、安定性と柔軟性を兼ね備えた脳型AIやロボット制御技術の開発にも貢献すると期待される。成果は『Nature Communications』に掲載された。

脳の「時計」は1つではない −脳領域同⼠時間を共有しながら独⾃にも動く仕組みを発⾒−

図1. 左は、大規模二光子カルシウムイメージングにより、マウス大脳皮質の複数領域から多数の神経細胞活動を同時に記録した画像です。右は、実験で観察された脳領域間の時間情報処理を理解するために構築したTwin-RNNモデルを示しています。2つのネットワークをまばらに結合することで、脳領域どうしが時間情報を共有しながらも、必要に応じてそれぞれが独立して働く仕組みを検証しました。

<関連情報>

前頭頭頂ネットワークにおける時間的シーケンス計算の独立性と一貫性 Independence and coherence in temporal sequence computation across the fronto-parietal network

Hiroto Imamura,Fumiya Imamura,Reiko Hira,Yoshikazu Isomura & Riichiro Hira
Nature Communications  Published:11 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-73999-w

Abstract

Time processing requires distributed and coordinated cortical dynamics, yet how multiple brain areas flexibly switch between coherent and independent temporal representations remains unclear. Using mesoscale two-photon calcium imaging, we simultaneously recorded neuronal populations in the secondary motor cortex and posterior parietal cortex of mice performing a novel alternating-interval timing task. Both areas encoded elapsed time through similar high-dimensional sequential activity, and decoding analyses revealed both coherent temporal errors shared across areas and independent errors confined to one area. Communication-subspace analysis showed that temporal information was distributed across multiple low-variance shared dimensions, whereas the dominant shared dimension preferentially encoded behaviour. A twin recurrent neural network model with sparse inter-network coupling and shared high-variance noise reproduced these experimental findings. Perturbation and local Lyapunov exponent analyses further showed that different shared subspaces selectively promote coherent or independent modes. These results reveal how sparse coupling and shared global fluctuations enable robust yet flexible fronto-parietal temporal computation.

医療・健康
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