この研究論文は、タンパク質言語モデル（PLM）の内部メカニズムを理解するための体系的なアプローチとして、スパースオートエンコーダー（SAE）の使用を紹介しています。著者らは、SAEをPLMであるESM-2の埋め込みに適用することで、個々のニューロンでは解釈が難しかった数千の人間が解釈可能な潜在特徴を抽出できることを示しています。これらの特徴は、結合部位や構造モチーフなど、既知の生物学的概念と強く相関しており、PLMが情報を重ね合わせて表現しているという証拠を提供します。さらに、このフレームワーク（InterPLMとして視覚化プラットフォームも提供）は、欠落したアノテーションの特定や、標的を絞ったタンパク質配列生成の誘導といった実用的な応用も可能にすることを実証しています。
Nat Methods. 2025 Oct;22(10):2107-2117. doi: 10.1038/s41592-025-02836-7. Epub 2025 Sep 29.
InterPLM: discovering interpretable features in protein language models via sparse autoencoders
E Simon, J Zou
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41023434/
この研究論文では、神経細胞の活動依存的なクエン酸ダイナミクスを調査するため、定量的蛍光バイオセンサーが開発されました。研究者らは、既存のセンサーの制限に対処するために、蛍光寿命読み出し方式のCitA-Tq-LRおよびCitA-Tq-HRというペアのセンサーを設計しました。これらのセンサーは、pH、マグネシウムイオン、温度に対する耐性を示し、生理的条件下で遊離クエン酸に特異的に結合することが確認されました。マウスの脳スライスを用いた実験では、ニューロンの脱分極が細胞質遊離クエン酸の急速な（数秒以内の）低下を引き起こし、その後数分かけて回復することが示されました。さらに、この現象がミトコンドリアのカルシウムユニポーター（MCU）の活動に依存していることが判明し、クエン酸が解糖系の迅速な制御においてブレーキ役として機能するという仮説と一致しています。
Proc Natl Acad Sci U S A. 2025 Oct 14;122(41):e2519902122. doi: 10.1073/pnas.2519902122. Epub 2025 Oct 10.
Activity-dependent citrate dynamics in neurons
P C Rosen et al
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41071660/
この研究論文は、腹側海馬（vHPC）のvCA1領域における刺激特徴の表現を探るものです。複数の感覚刺激（報酬、ショック、匂い、味覚）を用いた実験を通じて、vCA1が刺激のアイデンティティ、感覚モダリティ、強度を強く符号化していることを示しています。しかし、研究結果は、vCA1が刺激の情動的価数（ポジティブまたはネガティブ）を一般化された形で表現しているという仮説を裏付けていません。さらに、経験（例えば、味覚嫌悪条件付け）が加わっても、刺激の価数が変化しても、vCA1の表現は刺激固有の安定性を維持し、弁別性が向上することが示されています。
Neuron. 2025 Sep 17;113(18):3015-3030.e6. doi: 10.1016/j.neuron.2025.06.007. Epub 2025 Jul 30.
Representations of stimulus features in the ventral hippocampus
J S Biane et al
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40744009/
提供されたテキストは、2014年のPhysical Review Eに掲載された学術論文からの抜粋であり、坂口-蔵本モデルの変種におけるダイナミクスに焦点を当てています。この研究では、異なる位相遅延と相互作用強度を持つ2つの部分集団で構成される、大域的に結合された位相振動子のシステムが解析されています。研究者たちは、静的な同期状態（一般化されたπ状態）と2種類の伝播波状態が存在することを発見し、伝播波状態が静的な状態よりも優勢なダイナミクスであることを示しています。重要な知見として、適切なパラメータ経路を通すことで、これらの定常状態と伝播波状態が滑らかに接続され得ることが数値解析と理論解析を用いて説明されています。
Phys Rev E Stat Nonlin Soft Matter Phys. 2014 Jul;90(1):012903. doi: 10.1103/PhysRevE.90.012903. Epub 2014 Jul 8.
Dynamics in the Sakaguchi-Kuramoto model with two subpopulations
P Ju et al
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25122356/
この学術論文は、乏突起膠細胞が軸索の生存と機能を、髄鞘形成とは独立したメカニズム、具体的にはモノカルボン酸トランスポーター1 (MCT1)を介した乳酸の輸送によって代謝的に支援しているという新しい基礎メカニズムを提示しています。研究者たちは、MCT1が乏突起膠細胞に高濃度で存在し、このトランスポーターの機能が破壊されると、動物モデルや細胞培養モデルで軸索の損傷とニューロンの損失が生じることを示しました。さらに、筋萎縮性側索硬化症 (ALS)の患者とマウスモデルにおいてMCT1の発現が低下していることが示され、この輸送経路の障害がALSの病因に関与している可能性が示唆されています。全体として、この研究は、乏突起膠細胞がニューロンと軸索を支援する極めて重要な代謝的役割を定義しています。
Nature. 2012 Jul 26;487(7408):443-8. doi: 10.1038/nature11314.
Oligodendroglia metabolically support axons and contribute to neurodegeneration
Y Lee et al
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22801498/
この文書は、ネズミの採餌行動における価値に基づく意思決定と、それに関連する前頭皮質のニューロン活動を調査した学術論文の抜粋です。マウスが仮想採餌タスクにおいて、時間と報酬の競合的な統合によってパッチを離れるタイミングを決定していることを示しています。この行動は、ゆっくりと変動する忍耐力（latent patience）のレベルによって調整される統合モデルによって最もよく説明され、最適採餌理論（MVT）からの系統的な逸脱を定量的に捉えています。さらに、前頭皮質のニューロン群が報酬によって抑制される傾斜信号を示し、これが価値に基づく採餌決定を導く潜在的な統合メカニズムとして機能している可能性を提起しています。
Neuron. 2025 Aug 6:S0896-6273(25)00515-X. doi: 10.1016/j.neuron.2025.07.008. Online ahead of print.
Competitive integration of time and reward explains value-sensitive foraging decisions and frontal cortex ramping dynamics
Michael Bukwich et al
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40780211/
この研究は、安定した多感覚環境における海馬の場所細胞の表現的ドリフトに焦点を当てています。具体的には、マウスが仮想現実システム内で行動する際に、行動や感覚環境のわずかな変動が表現的ドリフトの速度に影響を与えないことを発見しました。代わりに、研究者たちは個々の場所細胞の興奮性が、その長期的な表現の安定性を予測する主要な因子であることを突き止めました。この発見は、表現的ドリフトが外部要因ではなく、内在的な細胞メカニズムによって駆動されるという考えを支持しています。
Nature. 2025 Sep;645(8080):457-465. doi: 10.1038/s41586-025-09245-y. Epub 2025 Jul 23.
Hippocampal representations drift in stable multisensory environments
J R Climer et al
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40702176/
この研究は、筋萎縮性側索硬化症（ALS）などの加齢に伴う神経変性疾患を治療するための新たなアプローチに焦点を当てています。具体的には、研究者たちはISL1とLHX3という2つの胚性運動ニューロンプログラミング因子が、成熟した運動ニューロンの若々しい遺伝子発現プログラムを再活性化し、ALSマウスモデルにおける疾患関連の病理を抑制できることを発見しました。ウイルスを介してこれらの因子を導入することで、細胞レベルの病理が軽減され、臨床症状の発症が遅延しました。この結果は、特定の神経細胞を若返らせることで、加齢性神経変性疾患に対処する可能性を示唆しています。
Nat Neurosci. 2025 Aug 12. doi: 10.1038/s41593-025-02033-x. Online ahead of print.
Embryonic motor neuron programming factors reactivate immature gene expression and suppress ALS pathologies in postnatal motor neurons
E R Lowry et al
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40796666/
Latent learning drives sleep-dependent plasticity in distinct CA1 subpopulationsという記事は、海馬のCA1領域における空間学習の神経メカニズムを解き明かしています。この研究は、マウスが報酬なしで新しい環境を探索する潜在学習が、どのように脳内に「認知地図」を形成するかを調査しました。著者らは、この過程でCA1の神経アンサンブルが低次元の多様体に変換され、これが物理的な環境を反映するようになることを発見しました。特に、最初は空間選択性が低い**「弱く空間的な（WS）細胞」が、学習と睡眠を通じて他の神経細胞との相関活動を高め**、この地図状のコード形成に重要な役割を果たすことが示唆されています。この神経多様体の変化は睡眠に依存しており、記憶の固定化における睡眠の重要性を強調しています。
Cell Rep. 2024 Dec 24;43(12):115028. doi: 10.1016/j.celrep.2024.115028. Epub 2024 Nov 28.
Latent learning drives sleep-dependent plasticity in distinct CA1 subpopulations
W Guo et al
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39612242/
この研究は、運動技能の学習と長期的な記憶の安定化における、脳の異なる領域間の連携を解明しています。具体的には、海馬（HPC）、前頭前野（PFC）、および一次運動野（M1）が、睡眠中の徐波振動（SO）とシャープウェーブリップル（SWR）を介してどのように相互作用するかを調べています。初期の学習段階では、海馬とM1の結合が重要であり、これは新しい運動パターンの「多様な探索」と関連しています。その後、運動性能が安定化するにつれて、PFCとM1のSO結合が顕著に増加し、海馬の関与が減少するという記憶統合の2段階モデルが示唆されています。さらに、課題設定の変更によって新たな学習が促されると、海馬と皮質の結合が再び活性化されることも発見されました。
Nature. 2023 Jan;613(7942):103-110. doi: 10.1038/s41586-022-05533-z. Epub 2022 Dec 14.
Cortical-hippocampal coupling during manifold exploration in motor cortex
J Kim et al
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36517602/
この研究記事は、神経多様体という概念に焦点を当てており、動物の行動がどのように脳内の大規模な神経集団の協調活動から生じるのかを説明しています。神経多様体は、神経回路の内部的および外部的制約の下で、神経集団が取りうるすべての集合状態を数学的に記述したものです。本稿では、この枠組みが脳機能に関する洞察をどのように提供するかを明らかにし、行動の生成における神経多様体の重要な役割を強調しています。また、既存の概念的ギャップを探り、脳機能の統合的な見解を構築するための将来の方向性を議論しています。低次元構造が神経集団の活動にどのように現れるかの実証的証拠を提示し、生物物理学的特性、行動、学習、発達、進化が神経多様体を形成する要因として論じられています。
Review, Nat Neurosci. 2025 Aug;28(8):1582-1597. doi: 10.1038/s41593-025-02031-z. Epub 2025 Jul 28.
A neural manifold view of the brain
M G Perich et al
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40721675/
この研究論文では、温度変化に対する概日リズムの安定性（温度補償）と、24時間の明暗サイクルとの同期における波形歪みの役割に焦点を当てています。具体的には、GoodwinモデルをRenormalization Group (RG) 法という物理学の手法を用いて解析し、概日リズムの遺伝子活動の波形が温度上昇に伴って歪むことが、安定した周期を維持するために必要であることを理論的に示しています。また、波形が歪むほど明暗サイクルとの同期が困難になることも予測されており、ショウジョウバエやマウスの実験データがこれらの理論的予測を裏付けています。この研究は、波形歪みが概日リズムの機能にとって基礎的な要素であることを強調しています。
本研究は、ラットの聴覚皮質における神経集団活動の幾何学的構造と脳の状態依存性について調査したものです。覚醒状態では、音源の左右差（ILD）と全体の音量（ABL）が直交する形で表現され、ノイズの影響を受けにくい効率的な神経符号化が観察されました。対照的に、非活性状態では、これらの感覚情報は活動全体の変動と重複し、神経集団の同調的な反応が支配的でした。この状態依存的な変化は、単一神経のチューニング特性や信号・ノイズ相関の構造に影響を与え、最終的に音の局所化の精度に重要な意味を持つことが示されています。
Elife. 2019 Apr 10:8:e44526. doi: 10.7554/eLife.44526.
State-dependent geometry of population activity in rat auditory cortex
D Kobak et al
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30969167/
成熟した脳のシナプスの安定性に焦点を当て、若い動物では樹状突起スパインがより動的であるのに対し、成体では非常に安定していることを発見し、これが長期的な情報貯蔵の基盤となる可能性を示唆しています。
Nature. 2002 Dec;420(6917):812-6. doi: 10.1038/nature01276.
Long-term dendritic spine stability in the adult cortex
J Grutzendler et al
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12490949/
この学術論文では、大脳皮質錐体ニューロンの樹状突起スパインの長期的な動態について詳細に解説されています。研究者たちは、シナプス活動に依存する可塑性だけでなく、本質的な変動もスパインの体積変化、生成、および除去に影響を与えることを明らかにしました。彼らは、二光子イメージングを用いてラット海馬のCA1錐体ニューロンを数日間追跡し、スパインの挙動を説明する数学的モデルを構築しました。このモデルは、スパインのサイズ分布、生成・除去率、および長期的な持続性を予測し、記憶の心理学的特徴との関連性も示唆しています。特に、大きなスパインはより安定しており、古い記憶を保持する可能性があることが強調されています。J Neurosci. 2008 Dec 10;28(50):13592-608. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0603-08.2008.
Principles of long-term dynamics of dendritic spines
N Yasumatsu et al
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19074033/
本研究では、生体内の新生児および成人新皮質における樹状突起スパインの構造的可塑性を探求しています。 研究者たちは、時間経過と共に観察される一時的なスパインと持続的なスパインという2つの異なるタイプのスパイン動態を特定しました。 幼齢期にはスパインの添加よりも消失が多く、正味の減少が見られましたが、加齢とともに持続的なスパインの割合は徐々に増加し、シナプス回路が成熟期に入っても安定し続けることが示唆されました。 また、一次体性感覚野（S1）と比較して、視覚野（VC）ではスパインの代謝が遅いことも判明しました。 さらに、一時的なスパインは通常細く、持続的なスパインはより太く、これらの形態学的特徴がスパインの動態を予測する可能性が指摘されています。 これらの発見は、新皮質回路の可塑性と安定性の基盤となるメカニズムについて重要な洞察を提供します。Neuron. 2005 Jan 20;45(2):279-91. doi: 10.1016/j.neuron.2005.01.003.
Transient and persistent dendritic spines in the neocortex in vivo
A JGD Holtmaat et al
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15664179/
Botcharova et al. (2014) の論文は、神経同期における臨界性の指標を特定するための新しい方法論を提示しています。この研究では、相同期の瞬間的な変動における長距離時間相関 (LRTCs) を用いて、システムが臨界点に近いかどうかを評価する枠組みを提案しています。伊東モデルと蔵本モデルなどの古典的な臨界性モデル、および人間の脳の動態をより密接に表現するモデルに対してこの枠組みを検証し、LRTCsが相同期の変動に存在すること、そしてそれが安静状態の脳における準備状態を示唆する可能性があることを示しています。この研究は、臨界性パラダイムと神経同期の機能的意義を結びつけることを目指しています。
Front Syst Neurosci. 2014 Sep 24:8:176. doi: 10.3389/fnsys.2014.00176. eCollection 2014.
Markers of criticality in phase synchronization
M Botcharova et al
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25309353/
提供された文書は、大規模脳活動の動的モデルに焦点を当てています。この研究は、個々のニューロンのスパイクではなく、多数のニューロン集団の集合的挙動を理解することを目指しています。平均場モデルや神経場モデルなどの数学的アプローチを用いて、これらの大規模システムがどのように知覚や行動を生み出すかを説明し、脳波（EEG）や機能的磁気共鳴画像法（fMRI）のような機能的脳画像データと関連付けています。さらに、てんかん発作や睡眠、麻酔などの脳疾患や状態における動的モデルの臨床応用についても論じています。この分野は、理論と実証データの統合を推進しており、脳機能と障害の理解を深めることを目的としています。
Review, Nat Neurosci. 2017 Feb 23;20(3):340-352. doi: 10.1038/nn.4497.
Dynamic models of large-scale brain activity
M Breakspear
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28230845/
提示された文献は、脳の神経ネットワークが臨界点、つまり活動が急速に消滅する状態と過度に増幅される状態の間のバランスの取れた点にあるという臨界仮説を巡る議論を扱っています。この仮説は、情報処理機能が臨界点で最適化されることを示唆していますが、その証拠は主に活動の「アバランシェ」がパワー法則に従うことに基づいています。しかし、パワー法則は臨界性以外の要因からも生じる可能性があり、また一部の神経データは指数分布に適合するという反論も存在します。著者たちは、ネットワークを亜臨界から超臨界状態へと調整できること、パワー法則の指数間に数学的関係が存在すること、そしてアバランシェ形状がデータ崩壊を示すことが、神経ネットワークにおける臨界性を裏付けるより強力な証拠であると主張しています。
Front Physiol. 2012 Jun 7:3:163. doi: 10.3389/fphys.2012.00163. eCollection 2012.
Being critical of criticality in the brain
J M Beggs and N Timme
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22701101/
この研究論文は、脳のクリティカリティと神経振動の同期レベルとの関係を調査しています。著者らは、健康な脳領域が主にグリフィス相（GP）と呼ばれる拡張された臨界領域の準臨界側で機能し、一方、てんかん原性領域は超臨界側で機能することを発見しました。この研究は、計算モデルと、健康な被験者からの脳磁図（MEG）データ、およびてんかん患者からの頭蓋内脳波（SEEG）データの両方を使用しました。主要な発見は、個人の同期レベルが脳のクリティカリティにおける個人の位置によって予測されるというもので、これにより脳機能の変動性と疾患状態の理解に貢献します。
Nat Commun. 2023 Aug 7;14(1):4736. doi: 10.1038/s41467-023-40056-9.
Brain criticality predicts individual levels of inter-areal synchronization in human electrophysiological data
M Fuscà et al
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37550300/