あなたの脳はどのように機能する？ハエに聞いてみよう！ -

もし、ハエはただの迷惑で厄介で汚い生き物だと思っているなら、考え直してほしい。ハエの脳は、科学者が人間の脳の働きや、なぜ私たちがそのような行動を取るのかを理解するための鍵となるかもしれない。

ネイチャー誌に掲載された最近の研究で、科学者はショウジョウバエの脳を分析し、13万個の細胞と5,000万個の接続の一つ一つについて、位置、形状、接続を特定した。成体動物の脳の分析としてはこれまでで最も詳細なものと言われているハエの脳マッピングは、神経科学における画期的な進歩であり、ある科学者はこれを「脳用のGoogleマップ」と表現している。

壁に留まっているハエになることはできないが、人間の思考方法についてもっと学ぶことができる！クリックして詳しく調べてみよう。

© Shutterstock

人間とハエ -

プリンストン大学のコンピューターサイエンスと神経科学の教授であり、研究プロジェクトチームの共同リーダーでもあるセバスチャン・スンは、説得力のある質問を提示した。「なぜショウジョウバエの脳に注意する必要があるのか？」彼の答えはシンプルだが、意味深い。「脳の機能の仕組みを理解することで、すべての脳の働きに関する貴重な洞察が得られる可能性があるのだ」という。

© Shutterstock

ハエの謎を解く -

迷惑な害虫として軽視されることも多いハエだが、歴史を通じて人類の文化において重要な役割を果たしてきた。芸術や文化から民間伝承や迷信に至るまで、これらの小さな昆虫は私たちの創造力をかき立て、深い印象的な意味を持っている。

© Shutterstock

悪い評判 -

古代エジプト文化では、ハエは戦争、死、破壊と関連づけられていた。「黄金のハエ勲章」は勇敢な兵士に与えられる賞で、昆虫の粘り強さと回復力を反映していた。ハエは支社の魂を導く冥界の使者とも考えられていた。

© Getty Images

環境にとって重要 -

ハエは重要な生物指標として機能し、環境の健全性に関する貴重な情報を提供する。特定の種は汚染に対して非常に敏感であり、その存在または不在によって生態系の状態が明らかになることがある。

© Shutterstock

科学の行き詰まりを打開する -

ショウジョウバエは、1世紀以上にわたって、遺伝のメカニズム、発生生物学、シグナル伝達経路の研究に役立ってきた。また、がんや神経変性疾患などの疾患の遺伝的基礎を理解する上でも重要な役割を果たしてきた。

© Shutterstock

イメージを変える -

腐敗の象徴として蔑まれてきたものから、科学の進歩に大きく貢献するものと称賛されるものまで、ハエは生物学、医学、環境の持続可能性に関する理解を深める上で重要な役割を果たしてきた。

© Shutterstock

彼らは人間が思っている以上に人間に似ている -

ショウジョウバエはヒトの遺伝子の約60％を共有しており、ヒトの生物学や疾患を研究するための貴重なモデルとなっている。老化パターン、カフェインへの反応、求愛行動、ショウジョウバエとヒトの類似点は、ショウジョウバエの脳を研究することで得られる潜在的な洞察を浮き彫りにしている。

© Shutterstock

頭の良いハエたち -

ショウジョウバエはゴルフのピンの頭よりも小さいにもかかわらず、高度なタスクを実行できる非常に複雑な構造をしている。科学者は、これらの神経回路を研究することで、例えばハエを叩くのがなぜそれほど難しいかなどについて貴重な洞察を得ている。

© Shutterstock

なぜハエを叩くのがこんなに難しいのだろうか？ -

ハエの視覚回路は、近づいてくる脅威の方向を驚くほど正確に検知することを可能にする。丸めた新聞紙に直面すると、ハエの視覚回路は危険から遠ざかる方向に強いジャンプ信号を送り、ハエが本能的に反応できるようになっている。つまり、その信号は思考速度よりも速いのだ。

© Shutterstock

先駆者 -

脳の配線図は科学的にはコネクトームと呼ばれ、科学者が他の種と比較したり拡張したりするために使用できる実際の地図を提供する。最近まで、研究者が持っていたのは、300本の配線を持つ単細胞の虫と、3,000本の配線を持つウジ虫のコネクトームだけだった。

© Shutterstock

世界規模の科学者による取り組み -

ハエの脳の図の開発は、国際的な科学者チームの協力を必要とする壮大な取り組みだった。研究者がFlyWire（フライワイヤー）コンソーシアムを結成した野心的な取り組みは、まるでマーベル映画から飛び出してきたかのようだ。

© Shutterstock

ハエの脳にどう観察するか？ -

配線図を制作するために、科学者たちは綿密な顕微鏡技術を使ってハエの脳を7,000の断片に最新の注意を払って切り分けた。次に各断片を写真に撮り、デジタルで再構築した。電子顕微鏡を使って100万分の4ミリメートルほどの微細構造を視覚化した。

© Shutterstock

AIは分析の救世主 -

その後、研究者らは人工知能を活用して何百万枚もの画像を分析し、ハエの脳内の複雑なニューロンとシナプスのつながりのネットワークをたどった。

© Shutterstock

手作業による修正 -

人工知能はその能力にもかかわらず、プロセスを完全に自動化することはできなかった。研究者は、生成された地図の300万を超えるエラーを手動で修正しなければならなかった。この途方もない作業には、世界中の科学者とボランティアのチームの共同作業が必要だった。

© Shutterstock

神経接続に関する研究 -

しかし、まだやるべきことはたくさんある。医学研究会議分子生物学研究所のフィリップ・シュレーゲルによると、個々の神経接続が何をするのか説明しなければ、脳の地図は無意味になるという。

© Shutterstock

脳のGPS -

シュレーゲルの説得力のある例えでは、脳の地図は精神におけるGoogleマップに相当する。図は、通りや建物のように、ニューロン間の経路を示している。「しかし、脳の機能を本当に理解するには、通りの名前、町の名前、営業時間、電話番号、レビューなどに相当するものを追加する必要がある。そうして初めて、この複雑な地形をナビゲートし、意味のある情報を抽出できるのだ」とシュレーゲルは説明する。

© Shutterstock

神経回路の特定 -

研究者たちは脳の地図を分析することで、さまざまな機能を担う明確な神経回路を特定した。例えば、運動に関わる回路は脳の基部に位置し、視覚処理に関わる回路は脳の側面に位置している。

© Shutterstock

新たに分かったこと -

視覚処理には運動よりもはるかに多くの計算能力が必要であり、その結果、これらの回路に関与するニューロンの数が多くなる。科学者は視覚と運動の回路が別々に存在することは知っていたが、それらのつながりはこれまで謎のままだった。

© Shutterstock

発見したこと -

研究者らは合計で約14万個のニューロン（そのうち98％が分類済み）と5,000万個以上のシナプス（神経細胞の接合部）を特定した。

© Shutterstock

発見したこと -

研究者たちは詳細な脳地図を使って、異なる機能を持つ特殊なニューロンを特定した。「応答」ニューロンはさまざまな種類の情報を統合し、「伝達」ニューロンは異なる神経回路間の活動を調整する。さらに、ショウジョウバエの動きを止める特定の回路も発見された。

© Getty Images

なぜ私たちの脳は未だに謎に包まれているのか？ -

人間の脳はハエの脳よりもはるかに大きくて複雑なので、完全なマッピングを行うのは非常に困難である。

© Getty Images

技術的偉業 -

ハエとその13万本の神経細胞の完全なコネクトームが得られたことは驚くべき技術的偉業であり、マウスなどのより大きな脳のコネクトームの発見、そしておそらく数十年後には人間の脳のコネクトームの発見への道を開くものとなるだろう。

© Getty Images

技術的な問題 -

現在の技術の限界により、神経ネットワークの複雑な詳細を捉えることはできない。脳スキャンにより脳の配線の一部を明らかにすることはできるが、最先端の技術を使用しても、その複雑なネットワークの一部しか明らかにできない。

© Getty Images

人間の脳を解読する -

では研究対象となったショウジョウバエよりも人間の脳細胞、つまりニューロンの数が百万倍も多いとしたら、昆虫の脳の配線図は、科学者が人間の思考方法を学ぶのにどのように役立つのだろうか？

© Shutterstock

今後の研究 -

シュレーゲルは、この新しい脳地図が今後数年以内に神経科学の分野で新たな発見の波をもたらすだろうと予測している。研究者たちはショウジョウバエの脳地図を研究することで、健康な脳がどのように機能するかについてより深く理解することを目指している。

© Shutterstock

精神疾患の治療法 -

研究者たちは、人間の脳の特定の領域における神経接続をマッピングすることで、神経精神疾患やその他の脳障害の根本原因を解明したいと考えている。国立衛生研究所の脳イニシアティブのディレクターであるジョン・ガイは、「理解できないものを治すことはできない。だからこそ、脳の配線を理解することが非常に重要なのだ」と強調している。

© Shutterstock

配線図完成には時間がかかるだろう -

860億のニューロンと数兆の接続を持つ人間の脳全体をマッピングするのは、困難な作業である。人間の脳はショウジョウバエの脳のおよそ100万倍複雑であるため、配線図を完成させるには、世界中の1年間のインターネット回線に相当する膨大な量のデータが必要になる。

出典: (FlyWire) (Nature) (BBC) (The Guardian) (Harvard Medical School) (Medium)

© Shutterstock