【The Happy Stress Effect 017】 Memory and neurons
毎週月曜日の午後に更新！
海外の方々に向けて、英語でHAPPY STRESSを紐解くPodcast番組 『The Happy Stress Effect: Unleashing the Brain’s Potentials』
今週も、第17回エピソードをSpotifyにて配信開始いたしました！
今週のテーマは「記憶と神経細胞」です。
本記事では、日本語訳と英語のスクリプトをお届けいたしますので、あわせてお楽しみいただけましたら幸いです✨
017- Memory and neurons (2024/05/07)
Script Translation／日本語
＊以下はChatGPTを使用して日本語に翻訳しています。かなり精度は高まってきていますが、まだまだ完全ではございません。そんなGPTさんの成長も楽しみながらお読みいただけますと幸いです。
皆さん、こんにちは。『The Happy Stress Effect: Unleashing the Brain’s Potentials』の世界にようこそ。私は進行のアルバートです。今日は、私たちの生活であまりにも馴染み深いトピック「ストレス」について掘り下げていきます。でも、ちょっといいですか？これは複雑な科学用語を深く掘り下げるということではありません。ストレスを共感できるものにし、理解しやすく、何よりも日常生活に適用できるようにするためのものです。
実際、ストレスは単なる敵ではなく、私たちを守り、強化し、成長させるために不可欠な要素でもあるのです。この番組では、私たちの脳と体が基本的なレベルでストレスとどのように相互作用しているかを探っていきます。なぜストレスが私たちの生物学と人間性の自然な一部なのか、そしてこれを知ることが私たちがそれをどのように捉えるかを変えることができるのかを明らかにしていきます。でもそこで終わりません。
科学と技術の進歩により、私たちは今、ストレス反応を操る細胞や分子にのぞき込むことができます。私たちは、これらの魅力的な洞察のいくつかを「Happy Stress」（青砥瑞人 著）という書籍を使って、理解しやすい形で明らかにしていきます。
今日は、私たちに影響を与える神経科学の魅力的な側面を探求していきます。学習と記憶の基盤となる神経細胞の物理的変化です。あなたは自分の経験が持続する記憶になる仕組みを考えたことがありますか？新しいことを学ぶか、何度もスキルを練習するとき、脳の中で何が起こるのでしょうか？神経細胞の構造がどのように進化するのか、どのようにミエリン鞘が認知能力を向上させるのか、そして脳がその構造体の経路の効率性を確保する方法を解説します。
はじめに、神経細胞の構造を簡単に説明しましょう。
神経細胞には、電気信号が走る長い「腕のような」部分である軸索があります。ミエリン鞘は、これらの軸索を包み込むように配置されています。これらのニューロンを繰り返し使用すると、ミエリン鞘が厚くなることが確認されています（参考文献）。ミエリン鞘は、絶縁体でできており、つまり電気を容易には伝導しません。そのため、ミエリン鞘が厚くなると、軸索からの電気漏れの可能性が低くなり、信号伝達の確率が高まります。これにより、少量の入力情報でも堅牢な信号伝播が可能となり、脳情報処理に必要なエネルギー投資が削減されます。これは、学習や記憶痕跡化する際の脳の神経細胞の物理的変化の一例です。
ミエリン鞘と同様に、神経胃細胞自体も変化し、1つの神経細胞を別の神経細胞につなぐ結合部であるシナプスと呼ばれる構造も、繰り返しの使用で変化します。たとえば、シナプスには情報が伝達される前側と後側があります。前側は情報を後側に送ります。多くのシナプスでは、前側から後側へ情報を伝達するために化学物質が放出されます。これらの化学物質は、専門的には神経伝達物質として知られています。
これらのシナプスを通じて特定の情報を繰り返し処理すると、シナプスにおける情報伝達の効率が向上します。どのような変化が起こるのでしょうか？たとえば、神経伝達物質を放出する効率が向上する場合や、これらの神経伝達物質を受け取る特定の受容体が受信ニューロン上に増殖する場合があります。
身体中の感覚神経を通じて、外部の情報が身体信号に変換され、脳に送られます。これらの信号の強度や頻度によって、細胞や分子の変化が誘発され、記憶痕跡化され、内部構造が物理的に変化します。したがって、外部情報を内部情報に変換するのは、あなた自身です。注意を向ける情報は、あなた自身の一部に変換される可能性があります。そして、その情報にどのように感じ、考え、行動し、反応するかによって、情報の編集されたバージョンが徐々にあなたの内部構造に反映されていきます。これにより、外部情報が内部構造に変換される過程で、あなたの内側の物理的な構造が変化していきます。
特定の神経回路や神経細胞は、連続した使用によって分子構造を変化させることで成長します。これは、筋肉が継続的な運動で太くなるのと同様です。しかし、これは全く神秘的なものではなく、生物学的には非常に論理的です。
筋肉でも神経でも、ほとんど使用されない回路を太くしたり強化したりすることは選択されません。なぜなら、それはエネルギーを無駄にする可能性があるからです。
特に、人間の脳は体重60kgを想定すると全体の体重の約2％を占めると言われています。しかし、脳が使用するエネルギー源の1つであるブドウ糖は、脳によって25％消費されると言われています。脳は非常に多くのエネルギーを消費する器官です。したがって、神経細胞はあまり使用されていない回路にエネルギーを投資しないように設計されています。つまり、学習や記憶をしないようにします。
生物にとって、エネルギーは生命を維持するために不可欠であり、エネルギーの無駄遣いはできません。現代は食料難が減るなど、古代と比較して環境が大幅に変化しましたが、約50万年前のネアンデルタール人や約1万〜4万年前のクロマニョン人の脳と現代人の脳はあまり変わりません。そのため、その時代からの「エネルギーを無駄にしない」プログラムは今でも健在です。
しかし、一方で、繰り返し使用される神経回路にとっては、信頼性の低いミエリン鞘を通じた大量の電気信号の漏れや、放出される神経伝達物質の多くを見逃すことは、適応的ではありません。
したがって、繰り返し使用される神経回路では、各神経細胞のDNAが発動し、必要な命令（たとえばタンパク質合成など）を与え、神経細胞の進化を助けます。こうして形成された神経細胞を長期記憶化された神経細胞と呼びます。ただし、ニューロンの強化はゼロイチの成長ではなく、徐々にかつ異なる程度で変化します。
神経細胞があまり使用されない場合、その神経細胞を強化するための投資エネルギー（形成エネルギー）はまだ適用されていません。一方で、その神経回路を使用しようとすると、信号の伝導と伝達の効率が非常に低くなるため、高濃度の密集した情報（エネルギーと分子）を注入する必要があります。つまり、それらの神経細胞を利用するためのエネルギーコストが非常に高いということです。
しかし、神経細胞の細胞構造が繰り返しの刺激を通じて変化すると、この関係は逆転します。堅牢な神経回路を形成するには多くの形成エネルギーが必要ですが、一度堅牢な神経回路が作成されると、かなりエネルギー効率が高くなります。長期的には、リターンがかなり大きくなる可能性があります。
おそらくあなた自身もこれを経験したことがあるでしょう。かつて苦労していたことが、最終的には考えることなくできるようになるということです。これは、神経回路の構築が完了し、何かに長けた脳の状態を示しています。
ストレスを個人の成長やポジティブなストレスに変えるための注意の向け方は、単に一時的なマインドセットを採用するだけでは人々が簡単に変えることができるものではありません。一時的な利用に留まると、神経細胞の一時的な活性化に止まり、構造的な変化に伴う物理的な変化には至りません。これは、社会で広く推進されている継続性と習慣の価値と一致しています。
今日は、記憶形成の魔法が起こる私たちの脳内の複雑な世界を探求しました。私たちは、何かを繰り返し行うと脳内の神経細胞が物理的な変化を遂げることを学びました。これらの神経細胞の軸索を取り巻くミエリン鞘が厚くなり、電気信号を加速するだけでなく、これらの経路をより効率的にします。これにより、より迅速かつ鋭い認知能力が生まれます。
私たちは、これらの変化が私たちの脳が適応し学習する方法の一部であることを発見しました。この過程は、神経細胞間の接続であるシナプスの強化と増殖によって強化されます。新しいことを学んだりスキルを練習するたびに、私たちの脳は積極的に自己を改造し、その知識や能力を受け入れて向上させます。
肝心なのは、私たちの脳は非常に適応力があるということです。特定のニューラル経路を継続的に使用することで、それらを強化します。これは、新しいスキルを学ぶ際に一貫した練習と露出の重要性を強調するだけでなく、「練習は完璧を生む」という言葉の生物学的根拠も示しています。人生を歩んでいく中で、私たちがどこに努力を集中させるかという選択が、文字通り私たちの脳を形作ることになります。これは、私たちの脳が時間とともに進化し、適応し、自己のパフォーマンスを向上させる驚異的な能力を思い出させてくれる力強いメッセージです。
それでは、今日はここまでにしましょう！『The Happy Stress Effect: Unleashing the Brain’s Potentials』をお聴きいただきありがとうございました。もし本日のエピソードをお楽しみいただけたなら、ぜひチャンネル登録をお忘れなく、ハッピーの科学へのさらなる洞察をお楽しみください。次回まで、私、アルバートがみなさんの「HAPPY STRESS」と喜びに満ちた一日をお祈りしています。
Original Script／英語
Welcome, everyone, to "The Happy Stress Effect: Unleashing the Brain’s Potentials". I'm your host Albert, and today, we're delving into a topic that's all too familiar in our lives - stress. But hold on, this isn't going to be a deep dive into complex scientific jargon. We're here to make it relatable, understandable, and most importantly, applicable to our daily lives.
You see, stress isn't just an adversary; it's also a vital component that protects, strengthens, and even fosters growth within us. In this program, we're exploring how our brains and bodies interact with stress on a fundamental level. We'll uncover why stress is a natural part of our biology and humanity, and how knowing this can reshape the way we perceive it. But it doesn't stop there.
With advancements in science and technology, we're now able to peek into the very cells and molecules that orchestrate our stress responses. We'll be demystifying some of these fascinating insights using this book called "Happy Stress" by Mizuto Aoto in a way that's easy to grasp.
Today, we're exploring a fascinating aspect of neuroscience that affects all of us: the physical changes in our neurons that underpin learning and memory. Have you ever wondered how your experiences become lasting memories? What happens inside your brain when you learn something new or practice a skill over and over? Join us as we unpack how our neural structures evolve, the role of myelin sheaths in improving our cognitive abilities, and how the brain ensures the efficiency of its neural pathways.
To begin, I will briefly explain the structure of neurons.
Neurons have long, arm-like parts called axons, through which electrical signals race. The myelin sheath is located as if it wraps around these axons. It has been confirmed that when we use these neurons repeatedly, the myelin sheath becomes thicker (reference). The myelin sheath is made of an insulating material, which means it does not easily conduct electricity. Therefore, as the myelin sheath thickens, it reduces the likelihood of electrical leakage from the axon, thus enhancing the probability of signal transmission. This allows for robust signal propagation even with a small amount of input information, reducing the energy investment required for brain information processing. This is an example of the physical changes in brain neurons when we learn and form memory traces.
Like the myelin sheath, the neurons themselves can change, and the structure known as the synapse, which connects one neuron to another, also changes with repeated use. For example, the synapse has a front and back side where information is transmitted. The front side sends information to the back side. In many synapses, chemicals are released from the front to the back to transmit information. These chemicals are technically known as neurotransmitters.
When we repeatedly process certain information through these synapses, the efficiency of information transmission at the synapse increases. What kind of changes occur? For example, the efficiency of throwing neurotransmitters may be increased, or specific receptors that receive these neurotransmitters may proliferate on the receiving neuron.
External information is converted into bodily signals through sensory nerves throughout the body and delivered to the brain. Depending on the strength and frequency of these signals, they induce changes in cells and molecules, forming memory traces, and physically altering your internal structure. Thus, the bearer of converting external information to internal information is yourself. The information you direct your attention to has the potential to be transformed into part of you, and depending on how you feel, think, act, and react to that information, this edited version of information is gradually reflected in the physical structures inside you as you transform external information into internal structures.
Certain neural circuits or neurons grow by changing their molecular structure through repeated use, just as muscles thicken with continuous exercise. However, this is not at all mysterious but is quite logical biologically.
Whether it's muscles or nerves, it's not selective to thicken or strengthen circuits that are rarely used because it could potentially waste energy.
Particularly, the human brain is said to make up about 2% of total body weight (assuming a body weight of 60 kg). Yet, one of the energy sources used by the brain, glucose, is said to be consumed by the brain at 25%. The brain is an organ that uses an overwhelming amount of energy. Therefore, neurons are designed not to invest energy in circuits that are not much used, i.e., not to learn or memorize.
For a biological organism, energy is essential for sustaining life, and wasting energy is not an option. Although the environment has changed significantly today, with less food scarcity compared to ancient times, the brain of Neanderthals about 500,000 years ago or Cromagnons about 10,000 to 40,000 years ago is not much different from modern humans, and the program "do not waste energy" from those times is still intact.
However, on the contrary, for neural circuits that are repeatedly used, it would not be adaptive to continue allowing a significant amount of electrical signal leakage through an unreliable myelin sheath or to miss many neurotransmitters being released.
Therefore, for neural circuits that are repeatedly used, the DNA in each neuron activates, giving necessary commands (such as protein synthesis), and helps the neurons evolve. The neurons that are formed are called long-term memorized neurons. However, the strengthening of neurons is not a binary growth but changes gradually and to varying degrees.
If a neuron is less used, the investment energy (formation energy) to strengthen that neuron has not yet been applied. On the other hand, if you try to use that neural circuit, the efficiency of signal conduction and transmission is very low, so you have to pour in dense information (energy and molecules) with high concentration. In other words, the energy cost to utilize those neurons is very high.
However, this relationship reverses as the neural cell structure is induced to change through repeated stimulation. While forming robust neural circuits requires a lot of formation energy, once a robust neural circuit is created, it becomes quite energy-efficient. In the long run, the return is likely to be significant.
You've probably experienced this yourself. What was once a struggle eventually becomes something you can do without even thinking about it. This indicates that the construction of the neural circuit is complete—a state of a brain adept at something.
The way of directing attention to turn stress into personal growth and bright stress is not something that people can easily change by simply adopting a mindset temporarily. If it's only temporarily utilized, it stops at the momentary activation of neurons and does not reach the physical changes that accompany structural transformations. This aligns with the value of continuity and habit widely promoted in society.
Today, we've explored the intricate world inside our brains where the magic of memory formation happens. We learned that neurons in our brain undergo physical changes when we repeatedly engage in any activity. The myelin sheaths around the axons of these neurons thicken, which not only speeds up the electrical impulses but also makes these pathways more efficient, leading to quicker and sharper cognitive abilities.
We discovered that these changes are part of how our brain adapts and learns, a process enhanced by the strengthening and proliferation of synapses—the connections between neurons. Every time we learn something new or practice a skill, our brain is actively remodeling itself to accommodate and improve that knowledge or ability.
The key takeaway? Our brains are incredibly adaptive. By continually using certain neural pathways, we strengthen them. This not only highlights the importance of consistent practice and exposure when learning new skills but also underscores the biological basis for the saying 'practice makes perfect.' As we navigate through life, the choices we make about where to focus our efforts literally shape our brains. It's a powerful reminder of our brain's amazing ability to evolve, adapt, and enhance its own performance over time.
That’ll be it! Thank you for joining us on The Happy Stress Effect: Unleashing the Brain’s Potentials. If you enjoyed today's episode, don't forget to subscribe for more insights into the science of happiness. Until next time, I'm Albert, wishing you a day filled with "HAPPY STRESS" and joyful moments.