- 1 名前：依頼２７－１７８＠pureφ ★：2012/01/26(木) 02:05:41.91 ID:???
東大など、数十年来の脳の謎を解明 - 脳回路が精密な配線であることを発見
科学技術振興機構(JST)と東京大学は1月20日、脳の神経回路が、回路を形成する神経細胞
「ニューロン」(画像1)より小さく、「シナプス」の単位で正確に編まれることで機能を発揮することを
明らかにしたと発表した。東京大学大学院薬学系研究科の池谷裕二准教授らの研究グループに
よる発見で、成果は米科学誌「Science」に米国東部時間1月20日に掲載された。
http://news.mynavi.jp/news/2012/01/20/105/images/001l.jpg
画像1。ニューロンとシナプスの基本構造。ニューロンは、樹状突起が広がる細胞体部分と、そこから
長く伸びる軸索とで構成され、ほかのニューロンから受け取った情報を処理して、ほかのニューロンに
伝えていく。シナプス部分では、神経伝達物質を使って情報をほかのニューロンに伝える
脳はニューロンと呼ばれる神経細胞からなり、各々のニューロンが、少しずつ情報を処理している。その
処理結果は、ニューロン間の特殊な結合であるシナプスを介して、次のニューロンに伝えられる(画像1)。
ニューロンには多くの樹状突起と呼ばれる枝分かれした線維があり、ここにあるシナプスは、樹状突起の
先端部分「スパイン」と呼ばれる突出構造を介してほかのニューロンからの情報を受け取る仕組みだ。
樹状突起は複雑に分岐するだけでなく、種々の「イオンチャネル」(細胞膜や内膜など、細胞の生体膜に
ある膜貫通タンパク質の一種で、受動的にイオンを透過させるタンパク質の総称)や「受容体」(生物の
体にあって、外界や体内からの何らかの刺激を受け取り、情報として利用できるように変換する仕組み
を持った構造のこと)を持つため、「どのスパインが、いつ、どんな入力を受けたのか」が、ニューロンの情報
処理に大きく影響する。
ニューロンは主として樹状突起からの入力を受けるが、樹状突起上のシナプス配置のパターンについては、
現在、2つの仮説が提唱されている(画像2)。1つは、同期した入力(ほぼ同時刻に来る入力)は樹状
突起上のある特定の箇所に集中するという「クラスター入力モデル」(仮説1)で、もう1つは、同期した
入力が樹状突起全体に散在している「分散入力モデル」(仮説2)だ。
仮説1はニューロンの一部を強く活動させるためには有利とされているが、仮説2は情報のロスが少ないと
いう利点がある。いずれのモデルが正しいのかについては、数十年来の議論の的となっているものの、こ
れを検証するための実験技術がなかったため、これまでに明確な回答は得られていなかったというわけだ。
http://news.mynavi.jp/news/2012/01/20/105/images/002l.jpg
画像2。今回の研究は、2つの仮説のうち仮説1が正しいことを証明した。左図では、同期するニュー
ロン仲間が、相手ニューロンの線維の近くに集中的に投射している。右図では、そのような秩序は見ら
れない。このどちらの図が正しいかが、長らく議論の的になっていた
活動している神経細胞を観測するために現在広く利用されている手法は、「カルシウムイメージング法」
と呼ばれるものだ。活動している神経細胞を検出するため、活動時に細胞内で遊離されるカルシウム
イオンの存在により蛍光を発する色素(カルシウム蛍光指示薬)を用いる仕組みである。
しかし、この蛍光は微弱なため、従来の手法では強いレーザー光を当てることによって観察中に細胞が
死んでしまうのを回避することができないという欠点があった。そこで今回、池谷准教授らは、抗酸化
剤を用いることで死滅する細胞を減らし、また光透過性の高い光学レンズと高感度なデジタルカメラを
用いるなど、多くの改良を行い、「大規模スパインイメージング法」を開発。その結果、多数のシナプス
から一斉にカルシウム活動を計測することができるようになったという次第だ。
この手法をもとに、まずステップ1として海馬のスライス培養標本のニューロン内にカルシウム蛍光指示
薬を注入し(画像3)、多くのスパインからの蛍光変化を高感度CCDカメラにより同時に記録することで、
「どのスパインが、いつ、どんな入力を受けたのか」を調べた。
デイビー日高/マイナビニュース 2012/01/20
http://news.mynavi.jp/news/2012/01/20/105/index.html
>>2以降に続く
- 2 名前：pureφ ★：2012/01/26(木) 02:06:19.36 ID:???
http://news.mynavi.jp/news/2012/01/20/105/images/003l.jpg 
画像3。新たに確立されたスパインイメージング法。ステップ1:シナプス入力をスパインのカルシウム活動
として撮影。ステップ2:撮影後にスパインの位置を3次元的に再構築して、各シナプスの距離を測定。
ステップ3:活動パターンを図に表して、時空構造(特に同期活動)を解析。ステップ4:同期活動したシナ
プスを空間プロットした結果、近傍のシナプスが同時に活動することが判明した
従来は数個のスパインを観察するのが限界だったが、「大規模スパインイメージング法」により、同時に
数百個ものスパインからシナプス活動を計測することができるようになった。これは過去の記録を2桁
更新するもので、これにより、広い範囲のシナプス活動を、時間を追って観察することができるように
なったという。
シナプス活動を観察したところ、近傍のスパインがしばしば同時に活動していることが判明。統計解析を
行った結果、8μm以内の近接スパインが有意に同期活動しやすいことが見出された。この現象は、
世界で初めて確認されたものであるという。
この空間的に集まった同期活動を「クラスター入力」と呼ぶが、同入力は、海馬スライス培養標本のみ
ならず、生体内の大脳皮質でも確認できたことから、海馬だけの特殊な現象ではなく、脳部位を超えて
広く観察される現象であるという考えである。
なお、クラスター入力を生むためには、神経回路はシナプスレベルで正確に編まれている必要がある(画像2・
左)。観察の結果、クラスター入力を受けるスパインは、そうでないスパインに比べて大きいことが確認された。
スパインの大きさは、LTP(シナプス可塑性の一種で記憶の素過程と考えられている)を経験したかどうかに
関連するほか、シナプス結合の強さとも相関していることが確認され、このことからクラスター入力はLTPの
結果として生じていることが示唆された次第である。
実際、海馬シナプス培養標本を「NMDA受容体」(LTP形成に関与する分子)の阻害薬で処置して培養
したところ、クラスター入力は観察されなかったとのことで、これらの結果から、クラスター入力は、NMDA
受容体を介したシナプス回路の編成の結果、生じることがわかってきたのである。
そこで、LTPが樹状突起でどのような空間パターンで生じるかを、遺伝子改変動物を用いて解析したという。
「AMPA受容体」はグルタミン酸受容体の一種で、グルタミン酸を用いるシナプスでは最も主要な受容体で、
この受容体の数がシナプス結合の強さを決定し、学習によって増減する。また、LTPに伴ってスパインに運ば
れることも知られている。
さらに、AMPA受容体とGFPが結合した遺伝子に、任意のタイミングで発現させることができる工夫を加えた
遺伝子をマウスに導入して実験を行った。同マウスを、先の遺伝子を発現させないまま育て、ある時、育った
環境と異なる新しい環境へ置き、500秒間自由に探索させる。すると新しい環境下において、マウスはさま
ざまな学習をする必要があるため脳内でLTPが発生。この実験の直前に先の遺伝子を発現させておくことで、
この学習の結果起こったLTPだけを観察することが可能となる仕組みで、その実験結果(画像4)を解析した
ところ、互いに近いところにあるスパイン群でLTPが生じていたことが判明したという。
これはLTPが隣接したシナプスで生じやすいことを世界で初めて示したものだとのことで、今回の実験結果を、
これまでの回路発達に関する知見も踏まえて考察すると、クラスター入力は3つのステップによって成立して
いると推定されるとの結論に至ったという(画像5)。すなわち、(1)まずはランダムに回路が作られる、(2)シナ
プスの要・不要が判定される、(3)不要なシナプスが削り取られるという順次過程だ。
http://news.mynavi.jp/news/2012/01/20/105/images/004.jpg
画像4。シナプス可塑性(LTP)が近傍のスパインで生じることを、遺伝子改変マウスを用いて示したもの。
赤の矢尻で示されているものがLTPの生じたスパイン
http://news.mynavi.jp/news/2012/01/20/105/images/005l.jpg
画像5。クラスター入力を生じさせるために想定される3つのステップを示した。ステップ1:初期のニューロン回路
では、結合相手の選定は無秩序である。ステップ2:たまたま近くに同期入力を与えるような結合ができた場合、
LTPが生じて強化される。ステップ3:強化されなかったシナプスが消えることで、図2の仮説1のような回路が
残存する
続く
- 3 名前：pureφ ★：2012/01/26(木) 02:06:34.13 ID:???
今回発見された局所的なLTPは、ステップ2に貢献すると考えられている。その後、ステップ3の淘汰過程を
経ることで、クラスター入力を生み出す回路が選択的に残るものと考えられる結論となった。
今回の研究で、同期した神経入力が互いに近傍にあるシナプスに収束することが示されたことから、脳内の
情報の流れが驚くほど正確に制御されていることを示すことが判明。図2の仮説1が正しいことが支持され、
数十年に及んだ神経科学界の重要な議論に1つのめどがついたといえる。
クラスター入力は、樹状突起上での非線形的な加算を促すため、「個々のニューロンが持つ演算能力を
高める」ことに役立つと考えられるという。この演算能力が可塑性によって生じることから、クラスター入力は
記憶・学習能に関わる基本的な生理メカニズムであると思われる。池谷准教授は、今後、認知症や統合
失調症、うつ病など、記憶の変調を伴う疾患において、クラスター入力がどう変化しているかを観察していく
という新たなアプローチが、精神神経疾患の病態に有益な解釈をもたらすと期待されるとコメントしている。
Locally Synchronized Synaptic Inputs
Naoya Takahashi, Kazuo Kitamura, Naoki Matsuo, Mark Mayford, Masanobu Kano, Norio Matsuki, Yuji Ikegaya
Science 20 January 2012: Vol. 335 no. 6066 pp. 353-356 DOI: 10.1126/science.1210362
http://www.sciencemag.org/content/335/6066/353.abstract
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http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1322660478/
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【脳】想像上の色を見ている時、脳の色の知覚に関係する部分が反応 MRIスキャンで確認 暗示で恐怖症や疼痛治療の可能性も
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1323343505/
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http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1323528230/
【脳】視床に電気刺激を与え戦争・災難など残酷な記憶を消す 関係遺伝子「PLCβ4」の機能を究明―KIST、ソウル大他
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1325083969/
- 13 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 03:08:40.72 ID:duHGz2UT
いや、脳科学ってこういう測定機器の開発がメインみたいなところもあるんで・・・
純粋な生物屋じゃやれません
- 19 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 03:52:55.66 ID:RPLliJqo
こりゃ、池谷研のステマだね。自分の苦労話みたいなのは、2chでやるような事じゃなかろうが…
- 20 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 04:59:00.04 ID:v+c17ioI
「数十年来の」
多くの一般レベルの発見が数十年来の、だろw
少なくともその頃に誰かが設問の形で呈していれば。
「１０」の物理量のものと「３０」という量のものがあるが、たとえば２０くらいのものはないのかな？（雑多なことの一つで、別に大した問題じゃないが）
数十年後 →「は、発見しました！な、なんと、「数十年来の」謎を私は解きました！！」
３０の方には現状２種類しか見あたらない。もっとあるのかどうか。
数十年後 →「もももも、もう一個発見しました！な、なんと、「数十年来の謎」を私は解きました！！！」
本質的な価値の上下とは関係ない。
本当に最近特に東大、こんなのばっかだよな。
- 21 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 05:42:54.17 ID:AALPf4y+
一体誰が配線をやったのか？
- 22 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 05:56:36.28 ID:TaLqNqlW
どうも、配線だけで機能するように言われるのはなんか変だな。CPUはどこで
どんな働きしているのかね。
- 25 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 06:10:51.62 ID:r2pwlwW6
人間が機械みたいにできてるのか
機械が人間みたいにできてるのか
今となっちゃどっちなのかわからんね
- 30 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 06:54:58.50 ID:ZGJ6iyv8
>>25
後者でしょ
人間の考えを元に作ってるのだから
- 56 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 11:50:55.56 ID:5XA5YAeC
>>25
でも後数年たったらES細胞の人工臓器とかできるだろうし、俺たちの老後は120歳位迄
生きれるらしいよ。
- 26 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 06:14:22.70 ID:i1Fisyfr
（以下長文のためソース先をご確認ください）
でおｋ
- 29 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 06:36:55.47 ID:MqpjTr3R
１行でまとめると「大切なことは２度いう」だな
- 34 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 08:33:08.11 ID:kQ3iUwpg
もっと分りやすく書けっていうのなら判るけど
短文にしろって文句いってる人はよくわかんないな
判る人なら例え長文でもちょっと触りを読めば判る話だろうし
それが出来ない人なら短文で書かれても意味わからんだろうに
- 39 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 09:27:57.68 ID:uJJBKvqU
「いらないシナプスの結合を解除する」命令はどこから来るのか？
仮説２では、答えが難しいが、
仮説１では、同時に活動するニューロンからの刺激が集中した結合が生き残り、
孤立した信号しか来ない結合は、解除されていく。
- 41 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 09:42:21.55 ID:tJrIN77C
外からの刺激に対しまるで意識があるように振る舞うようにプログラムされたロボットと
人間の様な意識があるロボットがあるとして、この両者を見分ける方法はあるの？
- 43 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 09:54:53.10 ID:rewYJvLb
>>41
実は内緒だけど俺以外はみんな俺が作ったロボットなんだ
- 46 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 10:10:24.39 ID:LaOc5f+b
>>41
子孫を残せない、エネルギー問題とかかな。
まぁそれでも、同じ用なロボットを生産できたり、エネルギーを解決したら
「生物の定義」においてPC上のウイルスは生物と言えるか？（むしろ生物ではないと言える要素があるか？）
と似たような感じになるかな。
- 42 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 09:48:23.32 ID:rs+2xjR0
ここまでわかったなら、
脳の回路が原理的に処理可能な最大情報量を見積もれないもんかね
それがわかれば、それが量子的マシンの処理能力限界と一致するか、
それとも非量子的マシンの限界と一致するか分かるわけで、
ペンローズの仮説に決着が付くのに
- 44 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 09:58:06.06 ID:inJ+Q9kF
精密じゃないと今まで思われてた事に驚いた。
- 51 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 11:09:44.14 ID:ngwcuQ3X
一般向けに分かりやすくと言うのは重要だけど
科学系のニュースで短くしてしまうと
省略による誤解が生じる恐れがあるから
なんでもまとめろというのはちょっとどうなのかといつも思う
- 57 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 12:23:37.11 ID:gFP8RQdr
3つのプロセス（ランダムに生成・信号を送る・いらないものは除去）からすると
脳を活性化する運動ってのもまんざら効果が無いわけでもないんだな。
- 58 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 12:33:11.84 ID:/q3nV93V
この件で分かるのは定期的に万能細胞注入してやれば
脳も若返りを図れるってこと。
寿命という概念がなくなる
- 59 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 12:45:16.73 ID:ZhOUIRCA
脳が若返っても見た目が老人じゃ楽しくない
整形しても森進一やガクト見てるとエエエ？って感じ
見た目の老化を遅らせるのが重要になるよね
- 62 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 13:55:19.33 ID:hqekbRFh
非生物の有機物がある環境におちて今の生物となっていく過程の一番最初の化学変化が
「誰か」だろ。その変化が延々つづいて今の姿になり今も生命活動してる原動力、ドミノ倒しのはじめの一指し。
単純にいうとそういうことだろ。
- 63 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 13:57:26.56 ID:+yQk2ee0
ひと昔前から「今北三行」とか言うけど、長文理解できない・する気の無い低能に合わせる必要なんか無いんだよね。
- 66 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 15:12:02.39 ID:RPLliJqo
池谷は、以前、自分の事を自画自賛してバレて叩かれてただろ。宣伝もやり過ぎると逆効果だよ。
- 71 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 17:25:30.58 ID:VZrrFehu
このようなニューロンやシナプスの結合関数から、
意識やクオリアの生成機序へと帰納していくのは
無理があると思う。
- 74 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 18:42:18.88 ID:S5KNE9w0
人間の創造力の源泉は何か？
脳は回路として機能するのは解るとしても
芸術を自ら創造するコンピュータの出現はあるのか？
- 77 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 19:32:02.17 ID:sUvScqgw
池谷裕二准教授凄いな
脳本書くだけのひとかと思いきや
サイエンスに論文発表か
- 79 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 20:02:19.65 ID:oP5MO/yb
ニューロンは空間にあるでたらめな信号を統合して
電気インパルスに直す回路かもしれない
- 82 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 21:47:24.05 ID:hqekbRFh
脳や感覚器、本能、学習能力などを本物そっくりに作り、
赤ん坊から人間と同じ生活をさせていれば本物の人間のように創造したり出来るようになるだろう。
- 87 名前：名無しのひみつ：2012/01/26(木) 23:27:30.47 ID:VCMEYUqC
こりゃすごい。
こんなことがわかるようになったのか。
あまりに自由度が大きな結合だと、とりとめがなさすぎて
この程度の空間的な制約があった方がうまくいくわけだ。
逆にこの方法ならば生体にも自然に実装可能で、
しかも情報処理システムとしてはネットワークの作り方次第で
かなり色々と動作させることができる、と。
- 89 名前：名無しのひみつ：2012/01/27(金) 00:29:58.05 ID:pTZGB3Fv
何を今さら的な成果ですな、俺は知っていたよ
- 90 名前：名無しのひみつ：2012/01/27(金) 01:53:32.64 ID:CTjkoT7s
3行
やっぱり学習と、
自然淘汰（あるいは品種改良）の
メカニズムは似ていることが判明した。
- 91 名前：名無しのひみつ：2012/01/27(金) 04:35:26.27 ID:3ZuwkmKb
単なる刺激ではなく、どのように配線が決まるのかを解明したのは大なる功績。でも、これをして回路を解明したかのように書くのは韓国人的ｗ
- 96 名前：名無しのひみつ：2012/01/27(金) 18:51:54.72 ID:8x5mSVuH
ボクの頭が悪いのは回路の製造ミスが原因で安心しました。
- 97 名前：名無しのひみつ：2012/01/27(金) 19:22:15.49 ID:j2+ryHNf
そんなことは十年前の小説にあるぞ。しかも科学の実証された事実からの
推察
- 98 名前：名無しのひみつ：2012/01/27(金) 19:22:38.20 ID:a6oF3RkO
日本じゃ似非科学者しかいねぇからな脳関連は
- 100 名前：名無しのひみつ：2012/01/27(金) 19:40:43.05 ID:j2+ryHNf
９８ 質問 擬似科学とはナンだ。全ての発展は科学を超えた創造力に
ある。中世の錬金術師が科学の発展に寄与した事実を否定するか。現代
科学が完璧ならばは今後発展無し。不完全だからこそ発展がある。
お前さんは全ての能力を持ってるのか
- 101 名前：名無しのひみつ：2012/01/27(金) 19:53:18.68 ID:a6oF3RkO
科学者より哲学者のが詳しいんじゃねぇのこの分野
- 102 名前：名無しのひみつ：2012/01/27(金) 20:13:54.08 ID:gwy+ZDu/
これの評価すべきところは 新しい観測手段の開発だよ
神経細胞の動きがどうのこうの言ってるけど 推定でしかない
検証したわけではなく 観察するとこうなんだろうと思われると言っているだけ
- 103 名前：名無しのひみつ：2012/01/27(金) 20:18:59.37 ID:eGELxwpq
観測は科学の基本だが、
目に映るものは、それ自体が既に錯覚だからな
- 104 名前：名無しのひみつ：2012/01/28(土) 00:05:38.92 ID:5CSj/ugO
CPUの中のトランジスタや配線を幾ら調べてもWindows７の動作のバグを
説明することはできない。
- 105 名前：名無しのひみつ：2012/01/28(土) 01:42:26.79 ID:gsEMWWaA
まぁVHDLのシュミレータで
全部の配線上の信号を観測しても 何やってんだかわからんわな
- 109 名前：名無しのひみつ：2012/01/28(土) 10:55:06.85 ID:F4HcWUeY
脳が若返っても維持する体が老いるなら意味無い
