1955 年 4 月 18 日、トーマス ハーベイがプリンストン病院の解剖室に入ると、そこには遺体が彼を待っていました。病理医の日常。今日だけは普通の死体ではありません。彼の前にはアルバート・アインシュタインがいます。ノーベル賞受賞者で相対性理論の創始者が午前1時15分に死去した。アインシュタインの最後の願いに従い、彼の遺体は死亡日に火葬されることになった。しかし、重要な部分である脳が欠けています。トーマス・ハーヴェイはそれを、当初は秘密裏に無断で削除し、保存していました。その後、家族が同意すると、ハーベイは顕著な思考器官の重さを量り、写真を撮ります。それから彼はそれを 240 個の立方体に切ります。これらは、アルバート・アインシュタインの天才の生物学的ルーツを解読するために、神経病理学の偉人によって研究されることになっています。
しかし、その事は忘れ去られている。 22年後の1978年まで、科学雑誌サイエンスはトーマス・ハーベイのインタビューを掲載した。その隣には、アインシュタインの脳の残骸がどうなったかを示す写真があります。それらはホルムアルデヒドの入った容器の中に浮かんでいます。ハーベイはそれを箱に入れ、オフィスのビールクーラーに保管しています。マリアン・C・ダイアモンドはその物語を読み、頭から離れません。数か月ごとに、カリフォルニア大学の神経解剖学者が、現在ミズーリ州ウェストンに住んでいるトーマス・ハーベイに電話します。ほぼ3年後、彼はついに彼女の願いを叶えた。ハーベイは角砂糖ほどの大きさの脳のスライス4枚をバークレーに送った。ダイヤモンドはそれらを顕微鏡下に置きます。彼女はがっかりしました。ニューロンの数やサイズに関しては何の異常もありませんでした。研究者は、高度な思考プロセスを担う領域であるアインシュタイン連合皮質に、異常に多数のいわゆるグリア細胞が存在することを発見した。これは平均的なアルバートの脳で予想される量を大幅に上回っている。
看護師たちは自分自身を解放する
1985 年にマリアン ダイアモンドが頭脳泥棒のトーマス ハーベイとともに研究結果を発表したとき、意見を述べるのは困難でした。細胞タイプのグリアは神経細胞の少なくとも 10 倍一般的ですが、比較的重要ではないため、興味がないと考えられていました。これに関しては特にルドルフ・ヴィルヒョウの責任が大きい。このドイツ人医師は、ギリシャ語の「グリア」（膠）に由来するニューログリアという用語を作りました。そうすることで、彼は意図的に細胞に非常に単純な機能があると考えました。細胞はニューロンをつなぎ合わせ、栄養素を供給する神経接着剤にすぎないと考えられていました。それは19世紀のことでした。現在では、ミクログリア (「知っておきたい: グリア細胞」を参照) が免疫防御に機能していることが認識されています。また、同じくグリア細胞の一部である希突起膠細胞は、神経突起の周囲に絶縁性のミエリン鞘を形成し、それによって興奮のより速い伝導を可能にしていると考えられています。しかし、神経細胞の看護師としてのグリアについてのヴィルヒョーの評決は数十年間も変わらなかった。
アルツハイマー病における重要な役割
しかし今、その時が来ました。 「私たちの状況は劇的に変わりました」とボン大学細胞神経科学研究所所長のクリスチャン・シュタインホイザーは言う。 「グリア細胞は決して脳の単なるおまけではなく、むしろ中心人物です。」グリアが、神経障害性疼痛からてんかん、アルツハイマー病に至るまで、神経系のさまざまな疾患において重要な役割を果たしていることがますます明らかになりつつあります。恐怖症、統合失調症、うつ病などの精神疾患の一因にもなっているようです。これだけでも多くの研究への関心を呼び起こしており、医師たちはこれらの広範囲にわたる病気に対する新しい治療法を期待しています。しかし、これに関して定説も揺らいでいる。つまり、私たちの思考、感情、行動はすべて、脳内の約 1,000 億個のニューロンによって独占的に制御されているということです。
グリア細胞が情報交換に関与しているだけでなく、学習や記憶などの重要な高次脳機能においても、神経細胞オーケストラの指揮者の役割さえ担っていることは、今ではほとんど疑いの余地がありません。クリスチャン・シュタインホイザー氏は、脳がどのように機能するかについてのニューロン固定モデルの考え方はもはや維持できないと述べています。 「私たちは、病気の神経系と健康な神経系のグリア細胞を含む情報処理の概念を開発する必要があります。」
生きた脳を覗いてみる
シュタインホイザーも研究生活の初めには神経細胞にしか興味を持っていませんでした。 1990 年代初頭に、グリア細胞の 3 番目のサブタイプであるアストロ サイトの膜にイオン チャネルが存在することを発見するまでは。これらは、ニューロンが活動電位を発火できるようにするのと同じイオン チャネルです。ターニングポイントは彼のキャリアだけではない。 「これまで神経細胞しか研究していなかった多くの神経科学者が、接着剤に刺激的なものを感じたことが突然ありました」と、52歳の彼は回想する。このブームは、もはや細胞培養だけでなく、新鮮な脳切片でもグリアを検査できる新しい電気生理学的方法によって加速されました。
今日、私たちはさらに重要な一歩を踏み出しています。いわゆる二光子蛍光顕微鏡を使用すると、生きた脳を観察することができます。古典的な光学顕微鏡技術は実際には脳組織を貫通しませんが、ハイデルベルク マックス プランク医学研究研究所で開発された方法は、最大 1 ミリメートルの深さから高解像度の画像を提供します。思考器官全体と比べるとそれほど多くはありませんが、皮質を観察するには十分です。ニューロンに加えて、あらゆるタイプのグリア細胞もここで見つかります。
「二光子顕微鏡を使用すると、無傷の脳内の細胞の活動を観察できます」とチューリッヒ大学の神経生理学者フリチョフ・ヘルムヒェンは説明します。当時まだハイデルベルクの MPI で働いていた研究者は、80% のシェアを持つ最も一般的なグリア細胞のクラスであるアストロ サイトに注目しました。名前の由来は、典型的な星型の外観にあります。しかし、ヘルムヒェンはそれらの内部の値、より正確には細胞内のカルシウムレベルに興味を持っていました。カルシウムはおそらく細胞内の最も重要なシグナル伝達分子です。特定のメッセンジャー物質が細胞表面の受容体にドッキングすると、そのレベルが増加します。
このような変化は、カルシウム感受性色素を使用した二光子顕微鏡で可視化できます。ヘルムチェン氏のチームは、単一のグリア細胞だけではなく、グループ全体を調べました。 「星状細胞ネットワークの細胞内カルシウム濃度にゆっくりとした変動があることがわかりました」と彼は報告しています。
LA-OLA 細胞の波
サッカースタジアムの有名なラオラ波と同様に、その変動はセルからセルへと広がりました。たとえカルシウム波が神経インパルスに比べてカタツムリのように動いたとしても、アストロサイトは相互に通信しているという発見は残ります。 「しかし、彼らは電気信号を使用するのではなく、生化学的な信号を使用します」とヘルムチェン氏は言います。しかし、神経接着剤は彼のような人々に「話しかける」だけではありません。 1994 年には、いくつかの研究グループがほぼ同時に、グリア細胞がそのおそらく支配的な親戚であるニューロンにも直接接触しているという証拠を発見しました。ペンシルバニア大学のフィル・ヘイドン率いるチームは、アストロサイトがカルシウムの流入に反応してグルタミン酸を放出することを示すことができた。グルタミン酸は単なるメッセンジャーではなく、脳内の最も重要な興奮性神経伝達物質です。これにより、アストロサイトはニューロンが慣れ親しんだ言語を使用していることが明らかになりました。コミュニケーションが双方向に行われることが発見されたとき、その輪は閉じました。クリスチャン・シュタインホイザーのチームは、グルタミン酸受容体を持つアストロサイトが存在することを発見しました。
ヴィルヒョウは確かにそんなことは夢にも思わなかっただろうが、彼の「神経接着剤」のせいで、シナプスに関する知識さえも書き換えられなければならなかった。以前はこう言われていました：活動電位は神経線維を通ってシナプス末端に伝わり、化学メッセンジャー（伝達物質）の放出を引き起こします。これらはシナプス間隙を通って隣接するニューロンに拡散し、そこで受容体にドッキングします。このようにして、神経信号はランナーのリレーのバトンのように、あるニューロンから別のニューロンに伝達されます。
教科書にはそう書いてあります。しかし、脳研究の現場では、アストロサイトが必須の構成要素である 3 つの部分からなるシナプスのイメージがますます一般的になってきています (前ページの図を参照)。 「ニューロンの声を聞くだけではありません」とフィル・ヘイドンは言います。 「彼らはまた、ニューロンに話しかけて指示を与えます。」 3～5年以内に、この脳研究者は「アストロサイトによるこの聞き取りと話し方が何を意味するのかを理解できるようになるだろう」と期待している。すでに手がかりはある。記憶プロセスの中心となる脳領域である海馬のアストロサイトからのグルタミン酸の放出は、ニューロン活動の一種の同期をもたらします。調整せずに発火した神経細胞は、一定期間同期してインパルスを放出します。クリスチャン・シュタインホイザーは、海馬のアストロサイトには、ニューロン間の接触点を取り囲む、細かく分岐した膨大な数の突起があると指摘しました。これらのグリア細胞の 1 つが最大 140,000 のシナプスに影響を与える可能性があります。 「この回路図を念頭に置いておけば、これらがシンクロニシティを引き起こす理想的な条件であることがすぐにわかります」とシュタインホイザーは言います。
グリアは意識を生み出しますか?
彼は現在神経科学で最もホットなトピックの 1 つに取り組んでいます。神経細胞グループの同期は、学習能力や記憶などの認知能力の神経生理学的対応物と考えられているだけではありません。また、非常に神秘的で理解するのが難しい人間の意識についても説明します。誰かがレストランに座ってコーヒーを飲んでいるとします。彼の目は白いカップを見つめ、指は滑らかな表面を感じ、鼻は魅惑的な香りを嗅ぎ、舌は典型的な苦味を感じます。これらの感覚はすべて、思考器官のさまざまな領域で処理されます。
コーヒーを飲んだときに私たちが抱く全体的な印象を作り出すためには、コーヒーを飲むことで目覚める記憶や感情など、これらの個々の部分が何らかの方法で統合される必要があります。実験では、関与する脳領域の神経細胞ネットワークが同期していることが示されています。しかし、直接のニューロン接続を介して相互に接続されていない広範囲に散在する領域が、突然同じことをするように脳はどのようにして管理するのでしょうか?グリア細胞ネットワークの助けを借りて。ダグラス R. フィールズ氏は、これを画像を使って説明しています。ベセスダ (メリーランド州) にある国立衛生研究所の神経科学者は、ニューロンを、通信が固定回線を介して行われる電話と比較しています。一方、アストロサイトは、情報を宇宙に送信し、他の参加者が受信する携帯電話のようなものです。 「信号がアストロサイトの回路を長距離にわたって伝わるのであれば、ある場所のグリアがより離れた場所のグリアを刺激して、脳のすべての領域にわたるニューロンネットワークの発火を調整することができるでしょう」とフィールズ氏は言う。
ニューロンの組織を支配するグリア細胞の力を考えると、グリア細胞が信号伝達が制御不能になる病気、つまりてんかんと何らかの関係がある可能性があることはほぼ明らかです。ドイツだけでも50万人以上が影響を受けている。てんかん発作は、脳のある領域の神経細胞が突然同期して過剰に発火するために発生します。世界中の科学者がこの病気の原因を集中的に調査していますが、正確なメカニズムは今日まで不明のままです。クリスチャン・シュタインホイザーは、その理由がわかっていると考えています。「近年の進歩は非常に控えめであるにもかかわらず、てんかんの研究は依然としてほぼ神経細胞のみに焦点を当てています。」彼が同僚たちに訴えているのは、新たな試みをしてグリア細胞をより詳しく研究することです。ボンではそのための条件が整えられたばかりです。今年の初め以来、シュタインホイザー研究所は、さまざまな脳疾患における神経セメントの役割を調査することを目的とした、300万ユーロ相当のヨーロッパ共同プロジェクトを調整してきました。側頭葉てんかんの特に一般的な形態であるアンモン角硬化症に焦点を当てています。
他の病気でも、神経接着剤がますます注目されるようになってきています。ミシシッピ大学のグラジアナ・ラジコウスカ率いるチームは、死亡したうつ病患者を検査したところ、知覚、気分、モチベーションに重要な前頭脳領域のアストロサイトの数が著しく少ないことを発見した。アストロサイト数は、若くして死亡したうつ病患者（通常は自殺）で特に低かった。 「すべてはグリア細胞の病理から始まると思います」とラジコウスカ氏は言う。ますます多くの神経科学者がこれらの方向に沿って考えています。スタンフォード大学でグリア細胞とニューロンの相互作用を研究しているベン・バレス氏は、「正常な状態だけでなく、病的な状態でもグリアの働きに注意を払う必要があることがわかり始めています」と話す。
グリアに富む諜報獣
神経細胞のメイドとされるものは、常にサプライズに適していることが近年証明されている（次の記事「マグダレナ・ゲッツ：探検家」も参照）。フィル・ヘイドン氏が現在実験的にテストしたいと考えていることが確認されれば、アストロサイトは脳研究の世界で新たなスターになる可能性さえある。ペンシルベニア州のグリア細胞の専門家は、星型細胞が知性と精神的能力を決定すると信じている専門家のグループが増えつつあるうちの1人である。 1 つ確かなことは、生物が高度に発達すればするほど、神経細胞あたりのアストロ サイトの数が多くなるということです。線虫ではこの比率は 0.17 対 1、カエルでは 0.5 対 1、猫では 1 対 1 です。平均的な人の大脳皮質では、星状細胞ニューロン指数は 2 ですが、アインシュタインの超脳では、この比率は 2 です。 1980 年代半ばのマリアン・ダイアモンドの研究以来知られていることがわかりますが、これはかなり高い値です。アストロサイトの集中が、私たちの種の特定のメンバーを天才に変える要因であることが実際に判明した場合、それはまた、地球上で最も賢い住人であるイルカが海で大騒ぎしていることを意味するでしょう。彼らの大脳には、各神経細胞に対して 3 つのアストロサイトがあります。 ■
ベルリン在住の科学ジャーナリスト、ウルリッチ・クラフトは部外者に弱い。これが、彼がグリア細胞の研究に熱心に取り組んでいる理由の 1 つです。
ウルリッヒ・クラフト著
知っておきたいこと: グリア細胞
ニューロン、グリア細胞は、よく研究されている神経細胞よりも人間の脳内でより一般的ですが、ほとんど知られていない生き物です。しかし、私たちは彼女についていくつかのことを知っています。次の 3 つのタイプがあります。
· 最初のグリア細胞タイプは免疫細胞に関連しており、同様の役割を果たします。ハイデルベルクの研究者らは、これらのミクログリア細胞が、何か問題が起こったときは常に「活動的な番兵」として機能することを観察しました。つまり、小さな出血が封鎖され、死んだ細胞物質が吸収され、消化され、最終的には運び出されるのです。
· 希突起膠細胞は 2 番目のタイプで、ミエリンを形成します。ケーブルの鞘のように、長い神経線維である軸索を絶縁します。さらに、最新の研究結果によると、それらは神経細胞を生かし続けることさえあるそうです。
· グリア細胞の 3 番目のグループはアストロ サイトです。それらの中にはニューロンに似たものもあれば、神経細胞に変化するものもあります（記事「マグダレナ・ゲッツ：発見者」を参照） – アルツハイマー病などの脳変性疾患の治療法です。ドイツの科学者たちは、アストロサイトがニューロンのように電気的にではなく、カルシウム濃度の変動を通じて生化学的に相互に通信していることを発見しました。
コンパクト
· グリアのサブタイプであるアストロサイトは、人間の脳全体に通信ネットワークを形成します。
・このネットワークはおそらく、複雑な感覚印象を意識化するのに役立つでしょう。
· 脳研究者のフィル・ヘイドンは、動物のアストロサイトが多ければ多いほど、より知能が高くなるという理論を提唱しました。
3 つの部分からなるシナプス
古典的な考え方によれば、シナプスはシナプス前ニューロン 1 (上) とシナプス後ニューロン 2 (下) の 2 つの部分のみで構成されます。メッセンジャー物質 (神経伝達物質) は、間にあるシナプス ギャップを介して伝達され、特殊な受容体によって受け取られます。最近、アストロサイトがこの情報交換を調節する 3 番目の部分であることが明らかになりました。アストロサイトはメッセンジャー物質として、とりわけ D-セリン (緑色) とグルタミン酸 (赤色) を放出します。グルタミン酸は両方のニューロンに作用し、信号を増幅します。 D-セリンは、学習プロセスに重要なシナプス可塑性を調節します。
グリアはシャープに見える
脳内の新しい星は、ケンブリッジ（米国）にある有名なマサチューセッツ工科大学でも研究されています。ジェームス・シュマーズ氏と彼の同僚2名は、二光子顕微鏡を使用して、小型捕食者が水平縞や垂直縞などの特定の光刺激にさらされたときに、フェレットの視覚野にある星状膠細胞がどのように行動するかをライブで観察した。研究チームは、アストロサイトが、アストロサイトに接続されているニューロンと同じように、カルシウム信号による非常に特定の刺激にのみ応答することを発見しましたが、それはそれらよりも正確です。さらに、アストロサイトは、対応する脳領域が機能しなければならないときに、血液がより適切に供給されるようにする役割を担っているようです。星形のグリア細胞は、対応する信号を血管に送ります。 6月にサイエンス誌に掲載されたシュマーズの研究は、機能的磁気共鳴イメージングの重要性に影響を与えた。これまで、これは脳内の神経活動の測定に使用できると考えられていました。グリアの影響が少なくとも同じくらい重要であることが現在では明らかです。 JR
