アレン研究所が脳内のつながりを高解像度の「組織図」にまとめた
アラン・ボイル著
シアトルのアレン研究所の研究者らは、マウスの脳の新しい改良地図は、異なる領域がどのようにつながっているかだけでなく、それらのつながりが階層的にどのように順序付けられているかを明らかにしている、と述べている。
研究者らは、本日ネイチャー誌に掲載された研究の背景にあるマッピング技術が、アルツハイマー病、パーキンソン病、統合失調症などの疾患が人間の脳内のつながりをいかに複雑に絡み合わせるのかを解明する可能性があると付け加えている。
この研究で作成された地図は、専門的には中規模「コネクトーム」と呼ばれています。脳の配線図、組織図、地下鉄路線図など、様々な比較がなされています。この地図の初期バージョンは5年前に発表され、当時、脳科学における画期的な成果として称賛されました。
以前のバージョンのアレン・マウス脳連結性地図と同様に、新たに公開された地図は、暗闇で光るウイルスをマウスの脳に注入し、脳のインパルスがさまざまな種類の脳細胞をどのように光らせるかを追跡することによって作成された。
「以前の地図では、どの経路がどの細胞から来ているのかを説明できませんでした」と、研究の筆頭著者の一人であるジュリー・ハリス氏はGeekWireに語った。ハリス氏は、アレン研究所傘下のアレン脳科学研究所の神経解剖学部門の副所長である。
今回、研究チームは脳の大脳皮質と視床（感覚入力の中継センターとして機能する）の間の接続に焦点を当てました。脳のこれらの領域間の相互作用は、認知と記憶に役割を果たしていると考えられており、「アルツハイマー病のような疾患では、私たちが知っていることがうまく機能しなくなる可能性がある」とハリス氏は述べています。
ハリス氏によると、生データを見ると、すべてがすべてつながっているように見えたという。しかし、より詳細な分析によって、それらのつながりが階層的な「組織図」のような特性を持つことがより明確になった。
視覚や嗅覚といった感覚情報に関連する皮質領域は、階層構造の下位に位置する傾向がありました。馴染みのある香りによって喚起される記憶を呼び起こすといった高次の機能に関連する領域は、上位に位置する傾向がありました。
階層を下る接続とは対照的に、階層を上る接続には特徴的なパターンがありましたが、それらのパターンが常に従われるわけではありませんでした。
「これは、一方通行で階段を上っていくような単純な階層構造ではありません」と、研究の共著者でアレン脳科学研究所の主任科学者兼所長であるクリストフ・コッホ氏はニュースリリースで述べた。「次のステップは、ニューロンが電気活動を通してどのように情報を伝達するかを直接観察し、このパターンが重要であることを確認することです。」
ハリス氏は、新しい地図は古い地図と同様に、正常なマウスの脳の組織図を示していると強調した。彼女と同僚たちは現在、アルツハイマー病の症状を発現するように遺伝子操作されたマウスにおいて、接続パターンがどのように異なるかを分析している。
こうした分析は、病んだ脳内の誤った接続を修復する新しい方法を示し、人間の患者を治療するための新たな境地を開く可能性がある。
神経科学者がマウスの脳細胞間の約1000億もの接続を完全に解明するには、まだ長い道のりが残されています。ましてや人間の脳内の数百兆もの接続はなおさらです。しかし、マッピング技術の進歩は、私たちの脳の働きをより明確に捉えることに繋がりつつあります。
「これらの接続は、ニューロン同士がコミュニケーションをとる主要な方法です」と、アレン脳科学研究所の構造化科学部門エグゼクティブディレクターであり、本研究の主任著者であるホンクイ・ゼン氏は述べています。「脳内の精巧で複雑なネットワーク、そしてその様々な経路とサブシステムは、私たちが見るもの、動き、記憶、感情など、あらゆるものを処理しています。脳のつながりを理解することは、脳の働きを理解する上で不可欠です。」
ハリス、コッホ、ゼンの3人は、ネイチャー誌に掲載された論文「皮質および視床活動の階層的組織化」の41人の著者のうちの一人です。アレン脳科学研究所の准研究員であるステファン・ミハラス氏は、ハリス氏と共に共同筆頭著者です。
