スタンフォード大学の研究で判明、人間の脳は実は2つの別個の器官

長く支持されてきた脳発達モデルが崩れる

何世紀もの間、人間の脳は単一の統合された器官——1つの構造物が1つの起源を持つもの——として説明されてきた。スタンフォード医科大学が主導した研究は今、この捉え方が誤りであると主張している。研究チームによれば、脳は頭蓋骨の中で一緒に梱包される前に、数億年にわたって別々の道を進化してきた2つの異なる器官として理解する方が適切だという。この研究は査読付き学術誌Nature Neuroscienceに掲載された。

この結果は、何十年にもわたって発生生物学を形作ってきたモデルを覆すものである。研究者たちは長い間、胚発生のごく初期に存在する1つの前駆細胞が脳全体を生み出し、つまりすべての領域が共通の発達上の祖先を共有していると考えてきた。新しい発見の下では、その仮定は成り立たない。

発生生物学の准教授であるKyle Loh博士が本研究の主任著者である。同氏は、脳の前部と後部がまったく異なる前駆細胞から生じることを初めて示したと述べた。大学院生のCarolyn Dundes氏とRayyan Jokhai氏が共同筆頭著者としてクレジットされている。

1つの頭蓋骨を共有する2つの神経系

脳を2つの器官と呼ぶことは、単なる言葉の上の揚げ足取りではない。一方の構成要素は、意識的な入力なしに体を動かし続ける古い神経系であり、もう一方は、詩を書くこと、数学を解くこと、あるいはそもそも自分たちがどこから来たのかを考えることなど、私たちが人間らしいと関連付けるすべてを支えている。

成人の脳は慣習的に3つの大きな領域に分けられ、研究で述べられている分割は、それらの領域がどのように機能するかと密接に対応している：

• 前脳：言語、意識、抽象的推論を含む高次思考の座。
• 中脳：伝統的な3分割の説明において、両極端の間に位置する領域。
• 後脳：頭蓋骨の後部に位置し、一般に脳幹と呼ばれ、生存に不可欠な自動機能を管理する。

古い半分

後脳の回路は呼吸と睡眠を調節し、心拍と空腹の衝動を制御する。また、顔、舌、喉の筋肉——発話に関与する機構——も制御している。これらのいずれも意図的な思考を必要としない。まさにそこが要点である。このシステムは、意識的な意思決定に委ねれば破滅的な結果を招く機能を処理している。

明確に人間らしい半分

前脳は高次の認知が起こる場所である——言語、意識、抽象的推論の能力。これら2つのシステムを並べ、異なる進化の歴史と根本的に異なる役割を持つことが、この発見の核心である。研究者たちが以前は1つの設計図を持つ1つの器官として扱っていたものは、古い神経構造と新しい神経構造の組み合わせであることが判明した。

なぜ特定の脳細胞は実験室で増えることを拒んだのか

長年にわたる実践的な謎に、今や説明がつくかもしれない。科学者たちは何十年もかけて、特定のクラスの脳細胞を実験室のシャーレで生存・成熟させようとしてきたが、成功は限られていた。もし前脳と後脳が別々の前駆細胞に由来するのであれば、単一の共通起源を前提に設計された培養レシピは最初から不一致だったことになる——努力が行き詰まり続けたもっともな理由である。

新しい理解は前進の道も示している。Loh氏は、後脳のニューロンが今やペトリ皿で培養でき、その機能を直接研究できると指摘した。これは古いモデルでは決して予想されなかったことである。

脳幹疾患への新たな道

その影響は、神経系に影響を与える最も壊滅的な疾患、特に脳幹に関連するものにまで及ぶ：

• 脊髄性筋萎縮症（SMA）：脳幹と運動に関与する運動ニューロンに影響を与える疾患。
• 筋萎縮性側索硬化症（ALS）：ルー・ゲーリッグ病としても知られ、これも脳幹に関連する疾患で、有効な治療法はほとんどない。

後脳由来のニューロンを体外で培養できることは、動物モデルや死後組織から推測するのではなく、これらの細胞がどのように異常をきたすかを観察する扉を開く。脳幹が主要な標的となる疾患にとって、これは研究者が実際にリアルタイムで何が起こるかを観察できるという点で意味のある変化である。

この発見が変えるもの

おそらく最も直接的な影響は概念的なものである。1世代分の教科書、実験プロトコル、実験的仮定が、単一の前駆細胞が脳全体の種を蒔くという考えに基づいてきた。もしその前提が誤りであれば、2つのシステムがどのように協調するか——古い調節ネットワークと新しい認知ネットワークがどのように通信し、進化の時間の中でどのように組み立てられたか——という問いは、この分野にとってはるかに中心的になる。

この発見はまた、科学者が細胞のアイデンティティをどう考えるかを再構成する。脳の後部の細胞と前部の細胞は、単に同じテーマのバリエーションではない。それらは異なる出発点にさかのぼる。この区別は、発生研究から再生戦略に至るまで、研究者のアプローチを形作る可能性がある。

結論

人間の頭蓋骨の中にあるものは1つの器官ではなく2つである——心臓を鼓動させ肺を動かし続ける原始的なシステムと、詩、数学、自己反省を生み出すより新しいシステム。スタンフォード医科大学が主導しNature Neuroscienceに掲載されたこの研究は、脳発達に関する支配的なモデルに挑戦し、SMAやALSなどの脳幹疾患を研究するための新たな道を研究者に提供する。

実験室で頑固な脳細胞を増やそうと何十年も費やしてきた分野にとって、説明は誰も予想しなかったよりも単純かもしれない。科学者たちは間違った設計図から作業していたのだ。

この記事はMedical Xpressの報道に基づいています。元の記事を読む。