学習と記憶を助ける「分子制御のツマミ」

各機器には、各種機能を制御するコントロールパネルがあり、特にスイッチのON/OFF機構を制御しています。

もし、私たちの脳にも、脳の機能をコントロールできるものがあったらと考えたことはありませんか？

新しい研究では、学習や特に記憶において、脳の電気信号を制御する「ボリューム分子ノブ」が示唆されています。

これは、神経疾患のゲームチェンジャーとなりうるマスタースイッチのメカニズムかもしれない。

Michael Hoppaとそのチームが発表した研究は、電気信号の調節がいかに重要な役割を果たすかを示唆している。この研究は、シグナルを制御する分子の特定を中心に展開されました。

研究の背景となる考え方

シナプスは、神経細胞間で電気信号が伝達される接合部である。

この電気信号は、脳によって化学的な神経伝達物質に変換され、シナプスの隙間を伝わっていく。研究チームは、電気信号の形状がシナプスの機能にどのような利益をもたらすかを説明した。

神経伝達の際に活性化される神経細胞は、それぞれ異なるパターンを持っています。

このような形や数の変化は、シナプスの強化や弱化につながります（シナプス可塑性とも呼ばれる）。

シナプスの両端にある脳細胞が継続的に化学信号を交換すると、長期増強(LTP)が起こる。

このLTPは、細胞とシナプスの間のシグナル伝達を強化し、またシナプスの強化につながります。このLTPは、脳の海馬と呼ばれる部位で学習や記憶の基礎となっています。

研究者たちは、脳の海馬という部位に着目して研究を行った。この領域では、シナプスを介して伝達される信号が類似していることが判明したのだ。

その結果、電気信号やスパイクはデジタル信号ではなく、アナログ信号で送られていることがわかった。

この発見により、メカニズムの解明への道が開かれた。このアナログ信号によって、脳回路の強さを調節することが容易になったのである。

また、これらの電気信号を制御している分子も発見された。Kvβ1という分子は、シナプス前作用を広げる。

この分子は、カリウム電流を調節するだけでなく、電気信号の形成にも役立っている。

以前、実験を行ったときは、マウスのKvβ1分子を排除していた。すると、今度は逆に、マウスの睡眠と記憶のサイクルに大きな影響を与えることがわかった。

このことから、分子がシステム内で積極的に作用していることが確認された。

また、1つの電気信号が複数ビットの情報を伝送できることを発見し、低周波信号の制御を可能にしました。

つまり、私たちの脳は、人が想像するよりもずっと効率的なのです。技術的には、私たちの脳は、低い電気信号で超コンピューティングタ的なタスクを実行しています。

この研究により、光で電圧や神経伝達物質を測定し、シナプス結合部位の電気信号を測定することが可能になった。

これにより、脳の活動に重要な役割を果たす分子制御の分野での視点が変わり、研究の幅が広がったのです。

この発見により、医薬品に全く新しい道を開くことが可能になりました。これは、認知症やアルツハイマーの場合の新しいドラッグデリバリーの発見につながる可能性があります。

分子制御因子は、脳の能力を完全に活用するための鍵になるかもしれない。正しい脳内代謝経路が見つかれば、多くの神経疾患は治る可能性がある。

学びは心を疲弊させないという言葉があるように、世界を変えることができる力なのです。この発見は、間違いなく、まったく新しいレベルの学びと、それを持ち続ける力につながります。

研究内容については、下記をご参照ください。

参考文献:

イン・ハー・チョー、ローレン・C．Panzera, Morven Chin, Scott A. Alpizar, Genaro E. Olveda, Robert A. Hill, Michael B. Hoppa.カリウムチャネルサブユニットKvβ1は、シナプスの円滑化の主要な制御点として機能する。米国科学アカデミー紀要, 2020; 202000790

DOI: 10.1073/pnas.2000790117

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