脳幹

脳幹

定義

脳幹は、中脳、脳橋、延髄の3つの構造からなり、脳と脊髄をつないでいます。 脳幹は自律神経系においていくつかの役割を担っており、感覚情報を受け取って脳で処理する上行路と、運動情報を体に戻す下行路があります。 また、12本の脳神経のうち10本の神経が集まっている場所でもあります。 これらの役割を考えると、脳幹は、心血管と呼吸の制御、痛みと熱の調節、睡眠サイクル、筋肉運動、頭蓋領域の感覚制御が最も注目されます。

背景

脳幹の各副構造とそれぞれの機能を調べる前に、まず脳幹と神経系の関係について見ておきましょう。

神経系、ニューロン、および脳

神経系は全身に広がる主要なシステムで、生存と調節において重要な役割を担っています。 神経系は、身体からの感覚情報を脳に伝え、脳が適切な反応を身体に返す役割を担っている。 6580>

神経系は、身体や環境からの信号を認識する個々の神経細胞（またはニューロン）で構成されています。 神経細胞は、これらの信号を電気信号によってほぼ瞬時に脳内のそれぞれの目的地へと伝達する。 ある神経が次の神経に信号を伝えると、シナプスが発生します。

ニューロンは、神経系全体を構成し、中枢神経系と末梢神経系という2つの物理的サブシステムに分類されます。 中枢神経系には脳と脊髄が含まれ、末梢神経系には体中の他のすべての神経細胞が含まれます。 脳は、大脳、小脳、間脳、脳幹の4つの領域から構成されています。

脳幹

脳幹は、脳と脊髄を直接つなぐ中枢神経系領域です。 脳と神経系の他のすべての構造と同様に、脳幹はニューロンで完全に妥協されています。 これらのニューロンは、強調表示されている部分に応じて、繊維、軸索、または核と呼ばれ、分解されることがあります。

脳幹は全体として単一の構造ではありません。 その代わりに、中脳、大脳皮質、延髄の3つの主要な構造が含まれています。 これらの領域は、それぞれ顕著な下位構造を持ち、各領域に集中し、また領域間で重複する役割を担っている。 6580>

脳幹は、そのすべての下位構造とともに、自律神経系において多くの重要な機能を担っています（これについては、次のセクションで詳しく説明します）。 具体的には、脳幹は心血管系、呼吸器系、消化器系、および全身のその他の不随意機能において重要な役割を担っています。 医学的には、脳幹の死は、意識と呼吸の能力を取り戻すための「不可逆的な損失」である。 脳幹死では、脳幹は機能しないが、大脳皮質に突起が残っていることがある。 しかし、皮質と脳幹の両方の突起が失われると、その生物は「生物学的死」を迎える。 心肺機能が停止したときが本当の死である。

自律神経系

体には、体性神経系と自律神経系の2つの主要な機能的神経系があります。 体性神経系は、体全体の随意的な反応を調節し、実行する役割を担っている。 具体的には、意識している反応（飲み物を取るために腕を上げる、ダンスをするために足を蹴るなど）がこれにあたります。 その結果、体性神経系は通常、骨格筋をターゲットとする。

しかし、随意運動は身体で起こる唯一の動作ではない。 身体はまた、意識されない動作である不随意運動を多く行っている。 このような運動には、心筋によって制御される心臓の鼓動や、平滑筋によって制御される消化が含まれる。 また、腺の働きもこれに含まれる。

自律神経系はさらに、交感神経系と副交感神経系に分類される。 また、自律神経系の一部として、この2つの下位システムは、不随意運動のために体の一部を制御しています。 交感神経系は、「闘争または逃走反応」と呼ばれ、ストレスのかかる状況に対して身体を準備させます。 心拍数の増加、血液中へのブドウ糖の放出の増加、消化の抑制などがこれにあたります。 反対に、副交感神経系（「休息と消化反応」の愛称）は、身体がエネルギーを増加させ、蓄えることを可能にします。

脳幹は、交感神経系と副交感神経系の両方を含む自律神経系の制御に大きな役割を果たしています。

脳幹の構造と機能

脳幹には上行路および下行路があります。 上行路は感覚情報を処理し、下行路は受け取った感覚情報に対する運動反応を作り出す。

前述のように、脳幹を構成する3つの主要構造は、中脳、大脳皮質、延髄である。 これらの3つの構造はすべて、視蓋、被蓋、基底部（後方から前方へ）の3つの領域に分かれている。 一般に、視蓋は感覚と運動に特化した機能を持つ。 一方、被蓋部には、脳神経核、網様体、脳幹と脳内の他の構造物を相互に連結する経路がある。 最後に、基底部には、大脳皮質からの下行性経路からの繊維が含まれている。 6580>

中脳の概要

中脳は最も小さい構造で、脳幹の最上部に位置します。 小脳、大脳、間脳、大脳皮質の間に位置する。 脳幹の一部として、中脳の全体的な機能は、感覚と運動の経路を制御することである。 一般に、脊髄から脳の他の部分への神経インパルスを中継するのに重要であり、逆に脊髄から脳の他の部分への神経インパルスを中継するのにも重要である。 中脳が制御または補助する特定の身体機能は数多くあるが、最も注目すべき機能は、視覚および聴覚処理、内部報酬系、および一部の筋肉運動である。 また、中脳には脳神経IIIとVIの起始部がある。

中脳の中心には脳水管があり、第3脳室と第4脳室の間に脳脊髄液が放出されるチャネルを形成している。 6580>

中脳の領域と機能

中脳の後方（視蓋）には、中脳にある一対の突起である四肢体部があります。 この対には、視覚反射中枢である上丘と聴覚中継中枢である下丘が含まれる。

中脳の前部（すなわち被蓋）は、以下を含む多くの部分と役割を担っている。 網様体の最も重要な役割は、脳にリレーされる感覚情報をフィルタリングし、意識が存在する最も重要な感覚に注意を払うことができるようにすることである。 その結果、この領域は全体的な注意と覚醒を維持するのに重要である。 さらに、網様体は、心血管系の制御、呼吸調節、および覚醒と睡眠サイクル中の意識との関連に重要である。 さらに、気分や痛みの調節のためのネットワークも含まれている。 これらのネットワークはすべて中核の脳幹から始まり、脳の全体にわたって分岐し、上行路は視床と大脳皮質に、下行路は脊髄に至る。

赤核。 赤核は網様体形成の下位組織で、中脳に存在する。 運動制御、特に腕を振る動作と足を歩く動作の間の自律神経の調整に重要である。 この機能はバランスをとるために重要である。

脳橋周囲灰白質領域。 また、中脳にあるPAG（Periaqueductal Gray Area）は、痛みを制御するために働くもう一つの構造である。 PAGの神経細胞からはダイノルフィンやセロトニンなどの神経伝達物質が分泌され、痛みの制御を行う。 この領域はまた、痛みを伴う状況を回避し、危険な行動を抑制することにより、生存のための一般的な自律神経系において重要な役割を果たしている。 黒質には、大脳基底核（別の脳構造）と並んで、運動制御を助けるドーパミンを産生する神経細胞があります。 この領域は、視床の運動活動を抑制する役割を担っている。 6580>

腹側分節領域：パーキンソン病の患者では、この領域が早期に劣化します。 腹側分節野もまた、ドーパミンを産生するニューロンを含んでいる。 しかし、黒質とは異なり、この領域は脳の報酬系を担っている。 この領域は、動機づけの顕著性、連想学習、および肯定的な感情に対して報酬を与えます。 この領域はまた、オーガズムにおいて活性化される領域でもあります。 また、腹側分節野のニューロンは、意識と睡眠に関連する大脳皮質の領域に投射する。

橋の概要と機能

橋は、脳幹の中心構造で、中脳と延髄の間に位置する。 脳や脊髄の高次中枢とつながる縦方向の線維と、大脳皮質や小脳の運動機能領域間の情報を送る横方向の線維や背側の線維がある。 さらに、大脳皮質は、脳神経V、VI、VII、VIIIが発生する場所でもある。

最も注目すべき役割は、この構造で発生するそれぞれの脳神経に関連する機能である。 頭や顔の感覚を認識したり、顔や目、耳、口を動かしたりする。 また、平衡感覚を保つだけでなく、サルビアの生成など自律神経系の機能にも重要な役割を担っています。 中脳と同様に、大脳皮質は網様体の一部を含むため、心血管制御および呼吸リズムの機能を伴う。

グリオーマ（またはグリア腫瘍）は脳幹のどこにでも発生しうるので、脳幹グリオーマとして知られている。 しかしながら、中脳および延髄に発生するグリオーマは低悪性度である傾向がある。 不明な理由により、橋に発生したグリオーマは急速に増殖し、高悪性度腫瘍である。

延髄の概要

延髄（髄質としても知られる）は脳幹の最下部に位置する領域である。 延髄は脳幹と脊髄を直接つないでおり、この2つの構造の間に明確な隔たりはない。 この構造の一部は、第四脳室の底を形成している。 他の脳幹領域と同様に、下降する運動制御と上昇する感覚情報の中継に重要である。 しかし、髄質が最も重要なのは、心臓血管の制御と呼吸を適切に行うなど、身体のバイタルをコントロールすることです。 また、嘔吐、咳、くしゃみなど、多くの反射を促すことも特徴的である。 視床下部と多くの機能が重複しており、視床下部からの指令が髄質に伝わる構造になっていることが多い。 また、延髄は脳神経IX、X、XI、XIIの起始部である。

他の脳幹構造と同様、延髄は視蓋、被蓋、基底部の3つのセクションに分かれる。 視蓋は第4脳室の一部を形成し、被蓋は下垂体核を含み、髄質の脳神経を保持する。 6580>

延髄の領域と機能

延髄は中脳や大脳と同様に網様体形成の一部を含んでいる。 中脳のこの構造の中では、心血管系と呼吸器系が1つのシステムとしてつながっている。 求心性の心肺信号が髄質でシナプスし、呼吸を制御するように働く。 また、呼吸リズムとその振動パターンを制御する腹側呼吸柱頭も髄質に存在する。 さらに、延髄は血管運動中枢として機能する。 これは、存在するニューロンがベースラインの動脈圧をモニターしながら血管径の調整を刺激することができるからである。

孤束路核は髄質に存在し、伝達される情報の種類や、その情報に応じた活性化経路によって組織化されている。 主に求心性の情報を調整する。 圧受容器や化学受容器からの情報など、髄質の最も重要な機能はこの核で発生する。 血管圧受容器は孤束路核に情報を送り、心拍数や血流を調整する。 血管の化学受容器は酸素と二酸化炭素のレベルを感知し、孤束路の核が適切な呼吸を維持することを可能にする。 さらに、味覚はまずこの核でシナプスし、視床や大脳皮質に送られて感覚処理される。

後葉領域。 延髄の背面にあるのが後頭葉である。 嘔吐中枢であるため、血液脳関門がなく、細胞はここに位置する。 そのため、大きな分子や極性のある分子は通過することができる。 ここに神経を通すと、吐き気を催すことがある。 この部位には、妊娠ホルモンであるヒト絨毛性性腺刺激ホルモン（hCG）の受容体があることが研究で判明している。 このことは、妊婦のつわりに対する感受性が高くなることの説明の可能性を示していると考えられる。

脊髄三叉神経核。 脊髄三叉神経核は、温度の痛みと深い同側（または同じ側）の顔の触覚を感知するのに重要である。

下葉核：顔面痛（頭頸部痛の総称）の神経が最初にシナプスする場所である。 下垂体核は、プロプリオセプション（体の位置や動きに関する認識）、筋肉や関節の緊張、運動意図に関する情報を受け取るのに重要である。 小脳は骨格の運動や平衡感覚をつかさどるため、この核は小脳と直接シナプスしています。 さらに、これらの核は、嚥下、咳、くしゃみにも関与している。 錐体路十字路は運動野からの運動線維の大部分を含み、脊髄の外側皮質脊髄路を形成している。 ここで錐体路が互いに交差し、体の反対側との接続を行う。 脊椎動物に共通する特徴として、この交差のための利点は、進化生物学者によってまだ疑問視されている。

楔状核と潔癖性核。 延髄の楔状核は上肢からの情報を受け取り、潔癖核は下肢からの情報を受け取る。

視床下部路：視床下部路は上行性の経路で、痛み、温度、および粗い触覚が脊髄から脳全体に伝えられる。 最終的には視床の腹側後外側核で終わる。

脳幹の脳神経

この記事の過程で述べたように、脳幹には12本の脳神経のうち10本の起始部がある。 神経IIIとIVは中脳で、神経V、VI、VII、VIIIは大脳皮質で、神経IX、X、XI、XIIは髄質で発生します。 これらの神経には、感覚機能、運動機能、またはその両方があります。 以下では、各脳幹脳神経の一般的な機能を、位置を示す図とともに説明します。

注：脳幹に発生しない神経は、嗅神経（I）および視神経（II）です。 これらの神経は代わりに大脳で発生する。

中脳に発生する神経：

動眼神経(III)。 眼球運動神経は、瞳孔と眼球運動を制御する運動機能をもっています。

動眼神経（IV）。 上斜角筋を制御する運動機能をもつ神経です。

大脳皮質に発生する神経：

三叉神経（V）: 三叉神経は顎とその周辺の咀嚼筋に対する感覚と運動機能の両方を含んでいる。 さらに、眼窩構造、鼻腔、額皮膚、眉毛、目蓋、鼻の一部、唇、歯肉、歯、骨格、口蓋、咽頭など、顔の多くの部分に対する感覚機能も含んでいます。 外転神経は、眼球運動を担う6つの筋肉のうちの1つである外側直筋への運動機能を含んでいます。

顔面神経（VII）。 顔面神経は、舌の最初の3分の2の味覚に関係する感覚機能を含んでいます。 さらに、顔の表情につながる筋肉、涙腺（目を潤滑にする液体を含む）、および顎下腺と舌下腺（口の中で唾液の生産を助ける3つの主要な腺のうちの2つ）の運動機能を含んでいます。 前庭蝸牛神経は、聴覚のために蝸牛で、運動と平衡のために前庭で特別な感覚機能を持ちます。

延髄に由来する神経：

舌咽頭神経（IX）: 舌咽頭神経（Glossopharyngeal Nerve、GNNN）(IX)は、舌の神経とその関連身体部位の神経です。 舌咽神経は、舌の後部3分の1、咽頭と口蓋、血圧の受け取り、pH値、酸素濃度、および二酸化炭素濃度に対する感覚機能を含んでいます。 さらに、咽頭筋および耳下腺唾液腺（口腔内で唾液を産生するために最後に残る主要な腺）の運動機能を含む

迷走神経（X）。 迷走神経は耳介と外耳道、横隔膜、および胸腔内の内臓器官に対する感覚機能を含んでいる。 また、口蓋および咽頭筋、ならびに胸部内臓器官に対する運動機能も含んでいる。 副神経は、口蓋、咽頭および喉頭の骨格筋、ならびに首および脊椎の胸鎖乳突筋および僧帽筋の運動機能を含んでいます。

結論

脳幹は、中枢神経系の脳と脊髄の間の連結構造である。 中脳、橋、延髄を含む脳幹は、心血管や呼吸の制御、感覚や運動機能など、自律神経系における多機能を有している。 さらに、脳幹は12本の脳神経のうち、神経III～XIIを含む10本の起始部を担っています。

クイズ

参考文献

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