記憶の「解像度」：脳が情報を曖昧に符号化・想起するメカニズム
はじめに：記憶の不確かさと科学的探求
私たちは日々の経験を記憶として脳に蓄積しますが、その記憶が必ずしも完璧な「記録」ではないことを、多くの人が実感しているのではないでしょうか。細かいディテールが思い出せなかったり、複数の似た経験が混同されたり、時には実際には起きなかった出来事を覚えているかのように感じたりします。このような記憶の「曖昧さ」は、単なる記憶容量の限界や劣化によるものだけでなく、脳が情報を処理・貯蔵する際の基本的な特性に由来していると考えられています。
本稿では、脳が情報を「高解像度」ではなく、ある程度の「曖昧さ」を持って符号化し、貯蔵し、そして想起する科学的なメカニズムに焦点を当てます。なぜ脳はそのような非網羅的なアプローチをとるのか、その機能的な側面や、計算論的な視点からの解釈についても掘り下げて解説します。
符号化段階における情報の選択と抽象化
記憶の曖昧さは、情報が脳に取り込まれる最初の段階である「符号化」から始まります。私たちは五感を通じて膨大な情報を受け取りますが、その全てを等しく、詳細に記憶するわけではありません。脳は常に情報のフィルターリングと選択を行っています。
この選択的符号化において重要な役割を果たすのが、「注意」のメカニズムです。脳は、生存に重要であると判断される情報、感情的に強く関連付けられた情報、あるいは既存の知識ネットワークと関連付けやすい情報に優先的に注意を向け、より詳細に符号化しようとします。一方、注意が向けられなかった情報は、そもそも記憶痕跡として十分に形成されないか、非常に粗い形でしか符号化されません。
さらに、脳は情報をそのまま記録するのではなく、ある程度「抽象化」したり「汎化」したりして符号化する傾向があります。例えば、特定の場所で複数の似た椅子を見た場合、脳はそれぞれの椅子の固有のディテールよりも、「公園にあったベンチ」や「カフェの木製の椅子」といったカテゴリや一般的な特徴を強く記憶するかもしれません。これは、海馬を中心とした神経回路が、入力された刺激を既存の記憶パターンや概念と照合し、関連性の高い情報や共通点に基づいて新しい結合を形成するプロセスと関連しています。このような抽象化や汎化は、個々の経験をより効率的に処理し、新しい状況への適用（汎化能力）を可能にする一方で、個々の経験を区別するためのディテールを曖昧にする原因となります。
貯蔵と維持における動的な変化と干渉
符号化された記憶痕跡（エングラム）は、主にシナプスの結合強度や構造の変化として脳の神経回路に貯蔵されます。しかし、この貯蔵プロセスも静的なものではなく、時間とともに、あるいは新しい経験の獲得とともに動的に変化します。
長期記憶の維持には、シナプス可塑性（神経細胞間の結合が変化する性質）の中でも特に、長期増強（LTP）や長期抑圧（LTD）といったメカニズムが関与します。しかし、これらのシナプス変化は絶対的なものではなく、他の神経活動や新しい情報によって影響を受けます。新しい情報が符号化される際に、既存の記憶痕跡が持つ神経回路と部分的に重複することがあります。これにより、既存の記憶が不安定化したり、新しい記憶と混同されたりする「干渉」が生じます。例えば、新しい電話番号を覚えようとすると、以前の電話番号を忘れやすくなる（順向干渉）、あるいは新しい電話番号を覚えた後に以前の電話番号が思い出せなくなる（逆向干渉）といった現象が知られています。
また、記憶痕跡自体も、完全に固定されるわけではなく、再活性化されるたびに再統合のプロセスを経ると考えられています。この再統合の過程で、記憶が持つ情報が更新されたり、文脈や現在の知識によってわずかに変更されたりする可能性があります。このような動的な性質は、記憶を柔軟に保ち、新しい情報に合わせて調整できるようにする利点がある一方で、時間の経過とともに記憶が持つ情報の「解像度」を低下させ、曖昧さを増大させる要因にもなり得ます。
想起段階における再構築と推測
記憶を「思い出す」（想起）プロセスは、しばしば「再生」と捉えられがちですが、実際には多くの場合、「再構築」のプロセスです。脳は、記憶痕跡として完全に保存されている情報を引っ張り出すのではなく、断片的な情報や手がかり、そして現在の知識や経験、さらには推測に基づいて、記憶をその場で組み立て直していると考えられています。
例えば、ある出来事を思い出そうとする際、脳は当時の感情、関連する場所や人物、そしてその出来事に関する一般的な知識といった複数の断片的な情報を参照し、それらを整合性のあるストーリーとして再構成します。この再構築のプロセスは非常に効率的であり、完全に一致する情報がない場合でも、最も可能性の高いシナリオを生成することを可能にします。しかし、この過程で誤った情報が補われたり、現実には存在しなかったディテールが付け加えられたりすることで、偽りの記憶が生じる可能性もあります。
記憶の想起はまた、文脈依存的であることも知られています。記憶が符号化された際の環境（場所、時間、感情など）と似た文脈に遭遇すると、想起が促進されます。これは、脳が情報を単独で記憶するのではなく、その情報が存在したネットワークや文脈情報と関連付けて符号化しているためです。しかし、文脈情報が不十分であったり、あいまいであったりすると、記憶の想起も不確かになったり、複数の記憶が混同されたりする原因となります。
曖昧さの機能的側面：なぜ脳は「不確か」を許容するのか
脳が記憶においてある程度の曖昧さを許容するのには、重要な機能的な理由があると考えられています。これは、計算機科学の視点から見ると、限られた計算リソース（神経細胞やシナプス結合）を最大限に活用し、複雑な現実世界に効率的に適応するための「最適化」戦略と解釈することができます。
- 効率性とリソースの節約: 全ての情報を詳細に記録し、完璧に維持するには、膨大な神経リソースが必要になります。曖昧さを許容することで、脳は最も重要で関連性の高い情報にリソースを集中させ、効率的に記憶を処理することができます。
- 汎化能力: 経験を完全に個別の事象として記憶するのではなく、抽象化・汎化して記憶することで、脳は新しい状況に過去の経験を応用する能力を高めます。例えば、初めて訪れる場所でも、「公園のベンチ」という汎化された記憶があれば、それが休憩に使えるものだと推測できます。
- 柔軟性と適応性: 記憶が完全に固定されておらず、再統合の際に変化しうる性質を持つことは、新しい情報や変化した環境に合わせて記憶を更新し、より現実的な情報にアクセスできるようにする柔軟性を脳に与えます。
- 推論と創造性の基盤: 断片的な情報から全体を再構築するプロセスは、単なる記憶だけでなく、推論や問題解決、そして創造性の基盤ともなります。過去の経験の断片を組み合わせたり、不足している情報を補ったりする脳の働きは、新しいアイデアを生み出すことにつながります。
これらの機能的な側面は、脳が世界を完璧に記録する装置ではなく、限られた情報とリソースの中で、世界を効率的に理解し、未来を予測し、柔軟に行動するための「予測機械」あるいは「推論エンジン」として機能しているという計算論的神経科学の視点とも一致します。曖昧さは、この予測と推論のプロセスにおける一種の「不確実性」の表現であり、脳が probabilistic（確率的）な計算を行っていることの現れとも言えます。
まとめ：記憶の曖昧さは脳の賢い戦略
記憶の「解像度」がある程度の曖昧さを持つのは、脳の限界というよりも、むしろ進化の過程で獲得された賢い戦略であると理解できます。選択的な符号化、動的な貯蔵、そして再構築的な想起といったメカニズムを通じて、脳は限られたリソースの中で情報を効率的に処理し、新しい状況への適応能力を高め、推論や創造性の基盤を築いています。
記憶の曖昧さは、時に誤りや不確かさを生じさせる原因となりますが、それは脳が世界を理解し、それに応じて行動するための柔軟で効率的なシステムであることの証でもあります。この記憶の曖昧さのメカニズムをさらに深く理解することは、脳機能全体の解明だけでなく、人工知能における効率的な情報処理や学習アルゴリズムの開発にも示唆を与えるものと考えられます。今後の研究により、この「不確かさ」が脳内でどのように表現され、計算に利用されているのかが、さらに明らかになることが期待されます。