あなたの脳の「マスタースイッチボード」は過小評価されている驚異です

最近の食事の前に、空腹感を感じたかもしれません。それは、食事の時間だという合図です。イタリア料理や他の料理を急に食べたくなったのかもしれません。これらの合図は、どこからともなく現れたわけではありません。脳にあるアーモンド大の視床下部という部位の働きによるものです。脳のこの部位は、その小さなサイズにもかかわらず、私たちの生命維持に非常に大きな役割を果たしています。

マスタースイッチボードというニックネームを持つ視床下部は、私たちの体が可能な限り最良の状態になるように裏で働いています。そして、多くの背景の俳優がフレームの端に留まっているのと同じように、その役割は科学界で当然のこととみなされてきました。「視床下部は非常に過小評価されている領域です」とニューヨーク大学グロスマン医学部神経科学および生理学部の教授であるダユ・リンは言います。彼女は、脳のこの領域への研究の関心が薄れ、より高度で複雑な認知に関与する領域に比べて、視床下部はそれほど興味深くないと考える人さえいるのを目にしてきました。

しかし、本日サイエンス誌に掲載された一連の論文集に掲載された4つのレビュー論文が示すように、視床下部についてはまだ解明されていないことがたくさんある。先端技術によって、この小さな脳領域を調べる新たな方法が開拓され、その従来の役割が再定義され、これまで知られていなかった役割が特定されている。

体の調節器

視床下部はさまざまな生命活動を制御します。視床下部は下垂体と連携して、すべてのホルモン生成を司ります。また、体温、血圧、心拍数、食欲、その他の生理機能の制御にも関与しています。

「視床下部は、体内のホルモン活動だけでなく、認知、感情、行動のさまざまな状態を制御する中枢神経系の不可欠な要素であると考えられています」と、ジョージタウン大学医療センターのペレグリノセンター神経学教授で、今回の研究には関与していないジェームズ・ジョルダーノ氏は言う。

複雑な構造と回路により、視床下部はさまざまな身体機能に幅広い影響を及ぼしていることが、最初の新しい論文で明らかになった。視床下部は核と呼ばれる細胞体の塊に分かれており、交差する経路が視床下部自身および脳の外部領域とのコミュニケーションと活動の調整に役立つ。「視床下部の機能は脳の統合活動に不可欠であり、このようにして、身体と脳、脳と身体の活動の整合性を定義する上で重要だと考えられる」とジョルダーノ氏は付け加えた。

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これまで、科学的資源の不足により、研究者はこれらの細胞の機能を理解することができなかった。社会行動における脳のこの領域の役割に関する別の論文の共著者であるリン氏は、細胞間のコミュニケーションを妨げずにこの領域で何が起こっているかを調べるのは困難だと述べた。過去の研究は視床下部の特定の領域に損傷のある動物に依存していたが、これでは除去された細胞がこの領域の残りの部分とどのように相互作用するかについて完全な理解が得られない。

2009 年に発明された単一細胞 RNA シーケンシングは、科学者が個々の細胞の遺伝情報を分析できる実験技術であり、視床下部のクラスターに多様な機能を与える回路をより詳細に分析するのに役立っています。最近の研究では、研究者は、視床下部の細胞サブタイプを、それに基づいてマッピングしました。次の課題は、特定の細胞タイプが一緒に集まる理由と、その塊がさまざまな行動をどのように制御するかを解明することです。

科学者たちが使用した新しいツールはこれだけではない。別の新しい研究技術であるオプトジェネティクスにより、神経科学者は光を使って脳細胞の活動を監視できる。3つ目の逆行性トレーシングでは、ウイルスを使ってシナプスから細胞体まで神経接続を追跡し、これまで見たことのない回路を特定するのに役立った。将来的には、これにより、痛みの反応や不安などの行動を制御する視床下部の他の役割が明らかになるかもしれない。同時​​に、研究著者らは、視床下部が腸内微生物叢に直接つながっていると推測しており、この脳領域が腸内細菌の影響や、食物の調節に関与するセロトニンやその他のホルモンを司っていることを示唆している。

睡眠、社会化、目標

他の 3 つの論文は、この脳コントローラーの主要な機能のいくつかに焦点を当てています。たとえば、睡眠は、休息から覚醒への移行の「スイッチ」として機能する特定のニューロンによって制御されています。しかし、それが唯一の目的ではありません。睡眠覚醒細胞は、エネルギー代謝や体幹温度の制御など、視床下部の他の活動にも同様に関与しています。

「私たちの論文は、視床下部のほとんどの神経回路が複数の機能を果たし、それらがすべて相互に関連しているという事実を強調しています」と、新しいレビュー記事の著者であるスタンフォード大学の精神医学および行動科学の教授、ルイス・デ・レセア氏は言う。「睡眠はほぼすべての脳機能と絡み合っており、睡眠不足は老化や神経変性など、私たちの健康の多くの側面に影響を及ぼします。」

別のレビュー記事では、視床下部がどのようにして食物や水など生存に不可欠なものへの動機付けを促進するかに焦点が当てられました。私たちをそのような目標に向かわせるために、視床下部は報酬プロセスに関与する脳の一部である腹側被蓋野と連携するように神経回路を構成します。光遺伝学的刺激により、視床下部が腹側被蓋野に動機付けを強化または抑制するメッセージを送信することが明らかになり、食物探索行動を説明できる可能性があります。

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また、視床下部は、さまざまな社会的行動において他者とどのように交流するかにも影響を及ぼします。これには、友好的で親子のような交流、または攻撃的または性的な行動が含まれます。「これらの行動は、動物がコミュニティで生き残り、繁殖するために不可欠です。視床下部は、これらの日常的な交流を仲介するために不可欠です」と、この論文の共著者であるリンは述べています。

その研究で、リンは視床下部と脳幹脊髄の間の二重制御システムを提唱しています。交流したい人を見つけると、視床下部はドーパミン系と連携して（ドーパミンは動作と報酬に重要）、社会的関心を維持し、その他の社会的に許容される行動を強化します。その後、脳幹脊髄回路がこの情報を受け取り、社会的に好ましい反応と行動を誘導します。

実験動物から人間の健康へ

視床下部の内外を調査する研究の多くは動物で行われている。リン氏によると、遺伝子操作された動物であるトランスジェニックマウスは生物学的プロセスや人間の病気を研究するために使用され、科学者が動物を麻酔することなく視床下部の特定の部分を検査することを容易にする。これは集団行動を研究するのに特に役立つ。なぜなら、動物の社会的な脳回路が活性化するには、動物が自由に動き回っている必要があるからだ。

これらの研究は動物を対象に行われたものですが、視床下部に関する新しい情報はすでに人間の治療法の開発に利用されています。たとえば、視床下部後端を標的として脳深部刺激法を使用し、攻撃性を予防または軽減する取り組みが進行中です。視床下部の特定の回路を標的とすることで、不眠症や依存症などの他の問題も阻止できる可能性があります。リン氏は、今後 10 年間で、問題行動を治療するために視床下部を標的とする臨床試験のニュースがさらに多く聞かれるようになるだろうと予測しています。