人間の脳の違い：それはつながりと関係があります

2023 著者: Peter Bradberry | [email protected]. 最終更新日: 2023-05-21 22:35

さまざまな哺乳類が脳のつながりに共通のパターンを示しています。しかし、私たち自身の種には、それ自身のいくつかのひねりがあります。

人間の脳が特別な理由は何ですか？その質問に答えるのは簡単ではありません-そして、これからの世代のために神経科学者を占領するでしょう。しかし、いくつかの暫定的な対応はすでに集められている可能性があります。臓器は確かに私たちの体のサイズの予想よりも大きいです。また、独自の専門分野があり、そのうちの1つは言語の処理に専念しています。近年、脳スキャンは、ニューロンが互いに接続する特定の方法も物語の一部であることを示し始めています。

これらの研究の重要なツールは、磁気共鳴画像法（MRI）です。特に、拡散テンソル画像法として知られているバージョンです。この技術は、頭蓋骨の一部を取り除くことなく、ニューロンから伸びて脳領域をつなぐ長い繊維を視覚化することができます。ワイヤーのように、これらの接続はニューロン間で電気情報を運びます。そして、コネクトームとしても知られるこれらすべてのリンクの集合体は、脳が情報を処理する方法についての手がかりを提供することができます。

コネクトームについての永続的な質問は、マウス、サル、または人間の明らかな認知の違いと、どちらかといえば、独特の配線パターンが関係していることと関係があります。比較コネクトミクスと呼ばれる新しい方法論は、答えを提供するのに役立つかもしれない種間の脳配線のいくつかの一般的な規則を特定しました。その間に、それはまた、人間のコネクトームのいくつかのユニークな側面を発見し、脳の配線の維持を担当する細胞の変化を発見しました。これらの進化的イノベーションが合わさって、情報が人間の大脳を効率的に流れるようになっているようです。そして、それらが破壊されると、精神障害を引き起こす可能性があります。

仮に、最も効率的なコネクトームは1対多の設計に従い、各神経細胞が他のすべての神経細胞に接続します。しかし、このアプローチは、これらすべての接続を収容するために多くのスペースとそれらを機能させ続けるためのエネルギーを必要とするため、非常に実行不可能です。あるいは、各ニューロンが他の1つのニューロンにのみ接続する、1対1の設計では、難易度は低くなりますが、効率も低下します。情報は、ポイントAから取得するために、飛び石などの膨大な数の神経細胞を通過する必要があります。ポイントBへ。

「実生活は真っ只中です」と、6月にNatureNeuroscienceで123種の哺乳類のコネクトームの調査を発表したテルアビブ大学のYanivAssafは言います。アサフはやや回りくどい方法で彼の研究に出くわしました。テルアビブの同僚であるヨッシヨーベルと一緒にコウモリの脳を画像化する週末の趣味として始まったものは、7年間にわたる死後の哺乳類の脳の調査になりました。近くの獣医研究所。研究者たちは、検査に虫眼鏡が必要な最小のコウモリの脳から、人間のヘビー級まで、さまざまな臓器を調べました。それらの例の間に、キリン、ラーテル、牛の脳がありました。それらすべての中で、チームは職場で同じパターンの接続を見つけました。ある場所から別の場所に移動するための飛び石の数は、各器官でほぼ同じでした。異なる脳は同様の配線設計を使用しました。

ただし、この配置の実現方法にはいくつかの違いがありました。脳の2つの半球を結ぶ長距離の接続がほとんどない種は、各半球内でより短い接続を持つ傾向があり、近くの領域が互いに集中的に「話し合った」。人間や他の霊長類など、より長距離の接続を持つ種は、これらのローカルネットワークを間引いた。

接続性へのこのアプローチは、神経系を頭蓋骨に詰め込む際の幾何学的制約を反映している可能性があります。しかし、種内のこれらのリンクの変化は、異なる能力で追跡することもできます。 「ある地域で接続密度が高い場合、他の地域にはない特定の能力がある可能性があります」とAssaf氏は言います。

人間の脳は哺乳類の接続ゲームの計画に従いますが、いくつかの驚くべき革新も示しています。昨年発表された、私たちの最も近い生きている親戚であるチンパンジーのコネクトームと人間のコネクトームを直接比較したところ、アムステルダム自由大学のMartijn van denHeuvelとエモリー大学の人類学者JamesRillingは33の人間特有のつながりを明らかにしました。これらの固有のリンクは、2つの種で共有された255の接続よりも長く、ネットワーク効率にとってより重要でした。距離にまたがる接続は、言語、ツールの使用、模倣に関与する皮質の高レベルの「関連」領域も結び付けました。

「人間の脳は、これらの関連領域の接続を維持するためにより高い投資をする傾向があります」とvan denHeuvel氏は言います。この設定により、脳のさまざまな部分、特に概念処理を担当する部分からの情報を効率的に統合できるようになります。 「この投資は私たちに私たちのより複雑な脳機能をもたらしたと思います」と彼は付け加えます。

van den Heuvelと彼の同僚が言語領域を見ると、「接続性の指紋」が飛び出しました。チンパンジーには、ブローカ野とウェルニッケ野のそれぞれ限定版があります。これらの地域は、それぞれ人間の言語の生成と理解を担当しています。しかし、人間では、2つの間の関係はより強いです。そして、ブローカ野から脳の他の領域への接続は実際には弱いです。まるで2つの地域がお互いに処理力を捧げ、言語の舞台を整えたかのようです。

ただし、人間固有の接続は、人間にとってアキレス腱を形成する可能性があります。昨年11月に発表された研究で、van den Heuvel、Rillingとその同僚は、統合失調症では人間特有のつながりがより破壊されていることを発見しました。 「これにより、これらの新しい人間関係の進化にはコストがかかる可能性が高まります」とリリング氏は言います。

これらの研究は脳のつながりの進化的重要性を主張していますが、画像診断法には間違いがないわけではありません。解像度が限られているため、接続が終了したり、順番を変えたりするのを見逃す可能性があります。この問題は、調査結果を確定するために、この分野が他の証拠分野から引き出す必要があることを意味します、とデラウェア州立大学の助教授で、人間の脳の進化を研究し、論文に関与しなかったクリスティン・チャーベットは言います。

ゲノミクスはいくつかのギャップを埋めることができます。 1月に発表された研究は、遺伝子のオン/オフを制御するエンハンサーと呼ばれるDNAセグメントに焦点を当てています。オランダのエラスムス大学医療センターのMennoCreyghtonと彼の同僚は、人間とチンパンジーの特定のエンハンサーが、より遠縁のマカクやマーモセットのものとは大幅に異なることを発見しました。このゲノムリモデリングは、オリゴデンドロサイトと呼ばれる細胞で起こりました。オリゴデンドロサイトは、タンパク質の絶縁シースで接続を包みます。そうすることで、電気信号が目的地にすばやく到達することが保証されます。

Creyghtonは、細胞が脳の拡大に追いつくことを試みていることを示唆しています。 「これらのオリゴデンドロサイトは、このより大きな脳を促進するために自分自身を再発明する必要があります」と彼は言います。 「それで、あなたはあなたに大きな脳を与えるこの1つの壮大な変化を持っています。そして、それに対処するために、脳内で多くの適応が必要です。」