ここ数十年で、神経科学は驚くべき進歩を遂げましたが、脳の重要な部分は依然として謎のままです。私が言っているのは小脳のことです。この名前はラテン語で「小さな脳」を意味し、脳の後ろにパンのように位置しています。これは小さな見落としではありません。小脳には脳の全ニューロンの 4 分の 3 が含まれており、他の場所で見られる絡み合ったニューロンの密生とは対照的に、それらはほぼ結晶構造で組織化されています。

百科事典の記事 そして教科書は、小脳の機能が体の動きを制御することであるという事実を強調しています。小脳にこの機能があることは疑いの余地がありません。しかし科学者たちは現在、この長年の見方が近視眼的であるのではないかと疑っている。

そうか、私は11月にワシントンD.C.で開催された、 神経科学学会年次総会、世界最大の神経科学者の会議。そこで、二人の神経科学者が組織した シンポジウム 運動制御とは関係のない新たに発見された小脳の機能に関する研究。新しい実験技術は、小脳が運動の制御に加えて、複雑な行動、社会的相互作用、攻撃性、作業記憶、学習、感情などを調節していることを示しています。

支配的な知恵の亀裂

小脳と運動の関係は 19 世紀から知られていました。脳領域に外傷を負った患者は、バランスと動作に明らかな困難を抱えており、動作を調整するためにバランスと動作が重要であることに疑いの余地はありません。数十年にわたって、神経科学者は、小脳の独特な神経回路が運動機能をどのように制御するのかについて詳細な理解を深めてきました。小脳がどのように機能するかについての説明は、完璧であるように思えました。

そして1998年に雑誌に 脳、神経内科医は次のように報告しました。 広範囲にわたる感情的および認知的障害 小脳に損傷がある患者。たとえば、1991 年に 22 歳の女子大生がアイススケート中に転倒しました。 CTスキャンの結果、小脳に腫瘍があることが判明した。それが外科的に除去された後、彼女は完全に別人でした。この聡明な女子大生は、熟練した文章を書くことも、暗算をすることも、ありふれた物に名前を付けることも、簡単な図を写すこともできなくなっていた。彼女の気分は平坦になった。彼女は物陰に隠れ、廊下で服を脱ぎ、赤ちゃん言葉で話すなど、不適切な行動をとった。馴染みのある顔を認識するなど、彼女の社会的交流も損なわれていました。

この事件と同様の事件は著者らを困惑させた。これらの高度な認知機能と感情機能は、大脳皮質と大脳辺縁系に存在すると理解されています。 「その小脳の役割が正確には何なのか、そして小脳がどのようにそれを遂行するのかはまだ確立されていない」と彼らは結論づけた。

従来の通念が間違った方向にあるという臨床研究からのこれらの手がかりにもかかわらず、指導的権威は依然として小脳の機能は運動を制御することであり、それ以上のものではないと主張した。 「（これらの事件が報告されてから）20年も経っているので、ちょっと悲しいです」と述べた。 ディアシノ フィオラヴァンテ、カリフォルニア大学デービス校の神経生理学者であり、この会議のシンポジウムを共同主催した。

他の神経科医は患者の精神神経障害にずっと気づいていた、と神経科学者は語った。 ステファニー・ルドルフ アルバート・アインシュタイン医科大学の教授であり、フィオラヴァンテとシンポジウムを共催した。しかし、小脳の独特な神経回路が報告されている心理的および感情的機能をどのように調節できるのかについての確かな解剖学的証拠はなかったので、臨床報告は無視されました。

現在、小脳の回路の理解が深まり、これらの事例研究が正しく、支配的な知恵が間違っていたことが証明されつつあります。

精密配線

　 小脳の配線パターン 脳のニューロンの 4 分の XNUMX を XNUMX インチの葉に集中させるために、正確に組織化および圧縮されています。小脳の主要な種類のニューロンはプルキンエ細胞と呼ばれ、扇状サンゴのように広く分岐していますが、平らでほぼ XNUMX 次元です。ファンのブレードはニューロンの樹状突起であり、入ってくる信号を受け取ります。これらの扁平なニューロンは、あたかも何百万もの扇状サンゴがしっかりと束になって互いの上に積み重なっているかのように、平行に配置されています。何千もの小さなニューロンが、織機の糸のように、樹状突起の積み重ねを通って軸索（電気インパルスを伝達する脳の伝達ケーブル）を垂直に走行させます。各軸索は、数万のプルキンエ細胞の樹状突起と接続しています。

このレベルの相互接続性により、小脳の 50 億個のニューロンに驚くべき統合能力が与えられます。小脳に特有のこの回路は、感覚から入ってくる膨大な量のデータを処理して体の動きを調節することができます。舞台上を飛び跳ねるバレリーナの流れるような動きには、四肢の位置の変化を追跡し、バランスを維持し、身体が移動する空間をマッピングしながら、小脳があらゆる感​​覚からの情報を迅速に処理する必要があります。小脳は、その動的な情報を使用して筋肉を正確なタイミングで制御し、感情と動機に基づいて適切な社会的状況の中で制御します。

フィオラヴァンテとルドルフは、体の動きの情報を統合する小脳の強力な神経回路が、複雑な精神プロセスや行動を処理する能力も備えていることに神経科学者たちが気づきつつあると私に語った。

「たとえば、今は」と、シンポジウムが始まる前に話しながらルドルフは説明した。「あなたが質問し、私たちが答えます。それは複雑な行動です。」彼女は私の言葉を理解し、返答を組み立て、筋肉を使って言葉を発する必要がありました。彼女はまた、私のボディーランゲージやその他の微妙なシグナルを受け取る必要がありました。 「たとえば、あなたは今うなずいているので、このことから、あなたは耳を傾け、興味を持っていると結論付けることができます」と彼女は言いました。

私はこれまで、音声に必要な運動制御の複雑さを十分に理解していませんでした。身体性には、音を出したり、ピッチや音量を調整したりする舌と唇の複雑な体操だけでなく、身振り手振りも含まれます。私たちの言葉は、相手を言いくるめないようにタイミングが決められており、適切な感情が注入され、動機、思考、期待、気分によって動かされて、社会的文脈に合わせて調整されています。

これらの多様な機能を調整するには、脳深部で行われる心拍数や血圧の調節から、大脳辺縁系によって行われる感覚情報や感情情報の処理まで、脳の機能のほぼすべてを活用する必要があります。また、前頭前野の大脳皮質における理解、抑制、意思決定という最高レベルの認知機能に取り組むことも必要です。

小脳がそれを行うには、脳全体にわたる接続が必要です。これまでその証拠は不足していましたが、新しい技術によってこれらの経路が明らかになりつつあります。

感覚入力のハブ

ほんの数十年前、神経解剖学者が脳の地図を作成したとき、小脳から大脳辺縁系や前頭前皮質など、感情や認知を制御する脳領域への直接的なつながりは見つかりませんでした。そのため、小脳はある程度孤立していて、これらの高次の認知機能には関与していないのではないかと研究者らは考えました。しかし、盗賊が乗り物を乗り換えて追跡者を回避するのと同じように、神経信号はあるニューロンから次のニューロンに飛び移る可能性があります。この秘密行動により、神経解剖学者たちは小脳の研究から遠ざかってしまいました。

新しい方法により、神経解剖学者は小脳から中継点を越えてこれらの経路を追跡し、脳全体に渡って追跡できるようになりました。たとえば研究者は、狂犬病ウイルスをニューロンに植え付けて、他のどのニューロンと接触するかを正確に調べることができます。彼らは、神経回路内の交通の流れを確認できるように、神経インパルスが発火したときに発光するように蛍光タンパク質を遺伝子操作した。また、ニューロンの往来によって残された足跡を追跡することもできます。ニューロンの発火時に生成されるタンパク質の出現は、特定の動作が実行されたときにニューラルネットワーク内で通信しているすべての細胞を識別するのに役立ちます。

シンポジウムでは、研究者らは、小脳に対する理解の進化を示す、これらの新しい方法によって明らかになった魅力的な新発見を次々と共有した。

ジェシカ・ヴァーピュート アリゾナ州立大学の博士らは、マウスが社交するとき、または迷路を通り抜けることを学ぶときに、脳全体で活性化される小脳接続の複雑かつ広大なネットワークを説明するデータを報告した。

ルドルフ氏は、子の世話をするメスのマウスで研究された母親の行動が、小脳に作用するホルモン、特に母親の絆を促進するホルモンのオキシトシンによって影響を受けることを示す実験を共有した。このメカニズムが実験的に破壊されたとき、母親は子犬の世話をしなくなりました。

ヤン・イーメイ ミネソタ大学の博士らは、彼女が特定の小脳ニューロンを破壊すると、マウスはケージに入れられた見知らぬマウスと関わることに興味を失うことを示しました。しかし、彼らは新しい無生物と対話したり、それを記憶したりすることに何の困難もありませんでした。これは、自閉症の人が経験するのと同様に、複雑な社会的認識の記憶に欠陥があることを示しています。

実際、自閉症の人では小脳が小さいことが多く、 アレクサンドラ・バドゥラ ロッテルダムのエラスムス大学医療センターの研究者らは、小脳が感覚入力、特に社会的状況に関連する信号の中枢であるため、自閉症に関与していることを示唆する新しいデータを発表した。

この新しい研究はマウスの研究を超えています。 アンドレアス・ティメ ドイツのエッセン大学病院の研究者らは、小脳損傷によって引き起こされる感情的および認知的障害を正確に診断するために使用される新しい臨床検査を発表しました。

これらの新しい画期的な研究は、小脳が運動の制御に加えて、複雑な社会的および感情的行動を制御していることを示しています。この世界的な影響力を実現するには、小脳が脳全体に接続されたデータ処理のハブとなる必要があります。これほど多くのニューロンがあるのも不思議ではありません。この高次の命令と制御を単独で実行するには、実際には小さな頭脳が必要です。