脳の基礎知識: The Life and Death of a Neuron

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脳の基礎知識: The Life and Death of a Neuron

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Introduction
The Architecture of the Neuron
Birth
Migration
Differentiation
Death
Hope Through Research

Introduction

最近までほとんどの神経科学者は、人間はニューロンがすべて持って生まれてきたとみなしていました。 子供の頃、私たちは脳の異なる領域間の情報ハイウェイとして機能する神経回路と呼ばれる経路を構築するために、新しいニューロンを作り出すかもしれません。 しかし科学者たちは、いったん神経回路ができあがると、新しいニューロンを追加すると情報の流れが妨げられ、脳のコミュニケーションシステムが機能しなくなると考えていました。 その後、生まれたばかりの神経細胞が海馬という場所から脳の他の場所に移動していることを報告した。 1979年には、別の科学者マイケル・カプランがラットの脳でアルトマンの発見を確認し、1983年には成体サルの前脳で神経前駆細胞を発見した。

成体脳での神経発生に関するこれらの発見は、他の研究者にとって驚くべきことで、人間でそれが実現するとは考えもしなかった。 しかし1980年代初頭、鳥が歌を覚える仕組みを解明しようとしていた科学者が、神経科学者に成体脳の神経新生にもう一度注目し、それがどのように意味をなすかを理解し始めるよう提案しました。 フェルナンド・ノッテボームとその研究チームは一連の実験で、オスのカナリアの前脳にあるニューロンの数が、交尾期に劇的に増加することを明らかにした。 これは、鳥が雌を引きつけるために新しい歌を学ばなければならないのと同じ時期でした。

なぜ鳥の脳は、学習におけるこのような重要な時期にニューロンを増やしたのでしょうか。 ノッテボームは、新しいニューロンが、複雑な行動を制御する脳の領域である前脳の神経回路内に新しい歌のパターンを保存するのに役立ったからだと考えた。 この新しいニューロンによって、学習が可能になったのである。 もし鳥が記憶と学習のために新しいニューロンを作っているのなら、哺乳類の脳もそうかもしれないとノッテボムは考えたのです。

他の科学者たちは、これらの発見が哺乳類には適用されないと考えていましたが、エリザベス・グールドが後に、サルの脳の明確な領域に新生ニューロンがある証拠を見つけ、フレッド・ゲージとピーター・エリクソンが、成人の人間の脳でも同様の領域に新生ニューロンが生成されていることを明らかにしました。 しかし、この証拠が、学習と記憶における成体で生成されたニューロンの役割について、興味深い可能性を提供していると考える人もいます。

The Architecture of the Neuron

The central nervous system (which includes the brain and spinal cord) is made up of two basic types of cells: neurons (1) and glia (4)& (6). 脳の一部ではグリアがニューロンの数を上回っているが、脳ではニューロンが重要な役割を担っている

ニューロンは情報の伝達者である。 電気信号や化学信号を使って、脳の異なる領域間や、脳と神経系の他の部分との間で情報を伝達するのである。

ニューロンは、細胞本体と、軸索（5）と樹状突起（3）と呼ばれる2本の延長部分からなる3つの基本部分を持っています。 細胞体内には、細胞の活動を制御し、細胞の遺伝物質を含む核(2)があります。 軸索は長い尾のような形をしており、細胞からのメッセージを伝達する。 デンドライトは木の枝のような形をしており、細胞からのメッセージを受け取ります。

There are three classes of neurons:

1. Sensory neurons carry information from the sense organs (such as the eyes and ears) to the brain. [1]神経伝達物質と呼ばれる化学物質は、軸索と隣接ニューロンの樹状突起間のシナプスという小さな空間を介して互いに伝達し合う。
2. 運動ニューロンは、話すなどの随意筋活動を制御し、脳の神経細胞から筋肉にメッセージを伝える。
3. その他のすべてのニューロンはインターニューロンと呼ばれる。 これらの 3 種類のニューロンの中には、それぞれ特定のメッセージ伝達能力を持つ、何百もの異なるタイプがあります。

   これらのニューロンがどのように接続することによって互いに通信するかは、私たち一人ひとりの思考や感情、行動の仕方をユニークにしているものです。

   ニューロンは、神経前駆細胞（神経幹細胞とも呼ばれる）の濃度が高い脳の領域で生まれます。 これらの細胞は、脳に存在するさまざまな種類のニューロンやグリアを、すべてではないにしても、ほとんど生成する可能性を持っています。

   神経科学者は、神経前駆細胞が実験室でどのように振る舞うかを観察しています。 幹細胞の科学はまだ非常に新しく、さらなる発見によって変化する可能性がありますが、研究者は、神経幹細胞が脳の他の細胞を生成する方法を説明できるほどには学んでいます。

   神経幹細胞は、2つに分裂して、2つの新しい幹細胞か、2つの初期前駆細胞、またはそれぞれの1つを生み出すことによって増加します。 この新しい細胞は、さらに多くの幹細胞を作る可能性を持っています。

   幹細胞が分裂して初期前駆細胞を作る場合、分化すると言われています。 分化とは、新しい細胞が形や機能をより特化させることを意味する。 初期前駆細胞は、幹細胞のようにさまざまな種類の細胞を作る可能性を持っていません。 初期前駆細胞は、幹細胞のように多くの種類の細胞を作る可能性はなく、その特定の系統の細胞しか作れない。

   初期前駆細胞は自己複製するか、2通りの方法で行くことができる。 1つはアストロサイトになるタイプである。

   移動

   一旦ニューロンが生まれると、脳内の仕事をする場所に移動しなければならない。

   科学者たちは、ニューロンが少なくとも2つの異なる方法で移動することを発見しました：

   1. 一部のニューロンは、放射状グリアと呼ばれる細胞の長い繊維をたどって移動します。 これらの繊維は脳の内層から外層へと伸びている。

      また、神経細胞は化学的なシグナルを利用して移動することもある。 科学者たちは、ニューロンの表面にある特殊な分子（接着分子）を発見し、それが近くのグリア細胞や神経軸索にある同様の分子と結合することを明らかにした。 これらの化学的シグナルは、ニューロンを最終的な場所へと導きます。 科学者たちは、目的地に到達するのは3分の1だと考えている。 一部の細胞は、神経細胞の発達の過程で死んでしまいます。 神経細胞の移動を制御する遺伝子に変異があると、神経細胞の位置がずれたり、奇妙な形になったりする領域ができ、小児てんかんなどの障害を引き起こす可能性がある。 一部の研究者は、統合失調症や学習障害であるディスレクシアは、一部誤った神経細胞の結果であると疑っています。

      

      死

      ニューロンは体内で最も長く生きる細胞だが、移動と分化の過程で多くのニューロンが死ぬ。 パーキンソン病では、脳の基底核という体の動きを制御する領域で、神経伝達物質のドーパミンを産生するニューロンが死滅する。

      – ハンチントン病では、遺伝子変異によりグルタミン酸という神経伝達物質が過剰に生産され、大脳基底核の神経細胞が死滅します。

      – アルツハイマー病では、脳の新皮質と海馬という記憶を司る部分の神経細胞とその周辺に、異常なタンパク質が蓄積されます。 これらの神経細胞が死滅すると、人は記憶する能力と日常の仕事をする能力を失います。 脳や中枢神経系の他の部分に対する物理的な損傷も、ニューロンを殺したり無効にしたりします。

      – 脳への打撃や脳卒中による損傷は、ニューロンを完全に殺したり、生存に必要な酸素や栄養素を徐々に欠乏させます。

      – 脊椎損傷の場合、ニューロンが損傷部位より下にある軸索との連結を失い、脳と筋肉の間のコミュニケーションが妨げられます。

      

      研究を通じた希望

      科学者は、ニューロンの生死についてより深く理解することにより、何百万人ものアメリカ人の生活に影響を与える脳の病気や障害に対する新しい治療法、そしておそらく治療法まで開発できることを期待しています。 また、成長因子や、前駆細胞に新しいニューロンを作るように指示する脳内の他のシグナル伝達機構を利用する治療法も開発される可能性があります。

      National Institute of Neurological Disorders and Strokeが資金提供している他の神経疾患や研究プログラムについては、同研究所のBrain Resources and Information Network (BRAIN) にお問い合わせください。gov

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