国際的な科学者チームが、人間の脳をこれまでよりもはるかに高い解像度でマッピングしました。 の 脳アトラス、3億7,500万ドル 努力 2017 年に開始された研究では、3,300 種類以上の脳細胞が特定されており、これは 以前に報告されました。 研究者らは、新たに発見された細胞が何をするのかについてはぼんやりとしか分かっていない。
この結果は、木曜日にサイエンス誌および他のいくつかの雑誌に掲載された 21 件の論文に記載されています。
5件の研究を主導したシアトルのアレン脳科学研究所の神経科学者エド・レイン氏は、生検組織や死体から採取した何百万もの人間の脳細胞を研究者らが調査できる新技術によってこの発見が可能になったと述べた。
「これは今何ができるかを本当に示しています」とレイン博士は語った。 「それは人間の神経科学の全く新しい時代を切り開きます。」
それでも、レイン博士は、地図帳は単なる初稿にすぎないと述べた。 彼と彼の同僚はほんの一部しかサンプリングしていない 1700億個の細胞 人間の脳を構成していると推定されており、今後の調査でさらに多くの細胞の種類が明らかになるだろう、と同氏は述べた。
生物学者は、脳がさまざまな種類の細胞で構成されていることに 1800 年代に初めて気づきました。 1830年代、チェコの科学者は、 ヤン・プルキンエ 一部の脳細胞が著しく密集した枝の爆発を起こしていることを発見した。 プルキンエ細胞、現在知られているように、筋肉の動きを微調整するために不可欠です。
後の世代は、他の種類の細胞を顕微鏡で見えるようにする技術を開発しました。 たとえば、網膜では、研究者らは光を捉える円筒形の「錐体細胞」を発見した。 2000 年代初頭までに、研究者らは網膜だけでも 60 種類以上のニューロンを発見しました。 彼らは、研究がはるかに難しい脳の奥深くに一体何種類の細胞が潜んでいるのか疑問に思った。
レイン博士と彼の同僚は、国立衛生研究所からの資金提供を受けて、脳細胞がさまざまな遺伝子をどのように活性化するかを検査することで脳の地図を作成することに着手した。 脳内では少なくとも 16,000 個の遺伝子が活動しており、それらはさまざまな種類の細胞でさまざまな組み合わせでオンになります。
研究者らは、最近死亡した人や脳手術を受けている人など、いくつかの情報源から脳組織を収集した。
新鮮な脳組織を研究する際、科学者らは個々の細胞の表面にガラス管を取り付けて電気活動を盗聴し、色素を注入して細胞の構造を解明し、最後に細胞から核を取り出してより詳しく検査した。
研究者らは、これらの手順を手作業で行うのではなく、サンプルを効率的に処理できるようにロボットを設計しました。 レイン博士の推定によると、ロボットはこれまでに1,000万個以上の人間の脳細胞を検査したという。
新たに同定された細胞の一部は、脳の外表面の大脳皮質の層で見つかった。 この領域は、言語の使用や将来の計画の作成など、複雑な精神的作業に不可欠です。
しかし、新しい研究により、脳の多様性の多くは大脳皮質の外側にあることが明らかになりました。 このプロジェクトで明らかになった膨大な数の細胞タイプは、脊髄につながる脳幹など、脳の深部領域に存在します。
研究者らは、情報を処理するために電気信号と化学物質を使用する細胞である多くの新しいタイプのニューロンを発見しました。 しかし、ニューロンは脳の細胞の約半分しか構成していません。 残りの半分 はるかに神秘的です。
たとえば、アストロサイトは、ニューロンが適切に機能し続けることができるようにニューロンを育成しているようです。 ミクログリアは免疫細胞として機能し、外来侵入者を攻撃し、ニューロンの枝の一部を剪定してシグナル伝達を改善します。 そして研究者らは、これらの細胞の新しいタイプも多数発見しました。
研究者らは、同じ方法のいくつかを使用して、チンパンジーや他の種の脳を研究しました。 研究者らは、その結果を種間で比較することで、人間の脳が他の霊長類の脳とどのように異なるように進化したのかを調査した。
これまでの研究では、人間の脳が特徴的なのは、新種の細胞が進化したことの一因である可能性があることが示唆されていた。 しかし、研究者らは、人間の脳のすべての細胞型が、現存する最も近い親戚であるチンパンジーやゴリラに見られる細胞型と一致することを発見して驚いた。
研究者らは、これらの細胞内で、ヒトでは他の類人猿よりも活性が高かったり低かったりする数百の遺伝子を発見した。 それらの遺伝子の多くは、遺伝子をオンまたはオフにする遺伝子スイッチに近いものです。
バッケン博士と彼の同僚は、人間を区別する遺伝子の多くが、シナプスとして知られるニューロン間の接続の構築に関与していることを発見しました。
アレン脳研究所で霊長類の研究に携わった神経科学者トリグヴェ・バッケン氏は、「人間とチンパンジーの違いは、まさにそのつながり、つまり細胞同士がどのように対話しているかという点にある」と語る。
ミーガン・キャリー、神経科学者 シャンパリモー未知のセンター ポルトガルのブレイン・アトラス・プロジェクトには参加していないが、この研究は研究者が将来の研究で使用できる驚くべき量の新しいデータを提供したと述べた。 「これは素晴らしい成功例だと思います」と彼女は言った。
しかし、彼女はまた、人間の脳がどのように機能するかを理解することは、各部品を細部に至るまで単にカタログ化するだけの問題ではないと警告しました。 神経科学者も一歩下がって、脳を自己調節システムとして見る必要があるだろう。
「このデータセットには、それに近づくのに役立つ答えが見つかるでしょう」とキャリー博士は語った。 「それがどれなのかはまだ分かりません。」
この研究には関与していないノースカロライナ大学の神経科学者アダム・ハントマン氏は、アトラスは脳の発達を追跡するなど、ある種の研究には大きな助けとなるだろうと述べた。 しかし彼は、細胞型のカタログが複雑な挙動を解明できるかどうか疑問を抱いた。
「私たちはオーケストラが何をしているのか知りたいのです」と彼は言った。 「私たちは、この一人のヴァイオリニストがこの瞬間に何をしているかなどまったく気にしません。」
