Frontiers for Young Minds

私たちは、人間の脳が最も複雑な構造体であることを知っています。 ニューロンと呼ばれる神経細胞が約800億個あります。 800億（80,000,000,000）! これは地球上の人間の数の10倍以上の数です。 神経細胞は、神経伝達物質と呼ばれる特殊な化学物質を使ってお互いに会話をしています。 神経伝達物質は化学的な言葉のようなもので、ある神経細胞から別の神経細胞に「メッセージ」を送ります。 神経伝達物質にはさまざまな種類があり、神経細胞を刺激して活動を活発にするものと、抑制して活動を低下させるものがあります。

脳の構成要素であるニューロン

ニューロンにはさまざまな形、形状、サイズがありますが、木のようなものだと考えるとわかりやすいでしょう。 ニューロンは、細胞体、軸索、樹状突起の3つの主要部分から成り立っています（図1）。 木の幹（細胞体）は、核と呼ばれる部分に遺伝情報（DNA）を格納しています。

木の枝（デンドライト、デンドロンという言葉はギリシャ語に由来し、実際には「木」を意味する）は、ニューロンの中で信号を受け取る部分です。

木の根っこ（軸索）は、ニューロンが他のニューロンとつながって会話するための構造です。 軸索は、電気を運ぶケーブルのように、情報を運びます。 あるニューロンが他のニューロンとメッセージを共有したいときは、活動電位と呼ばれる電気インパルスを軸索に送り、軸索の末端にある軸索末端に到達させます。 軸索末端とは、空港のターミナルのようなものです。

活動電位が軸索末端に到達すると、末端の神経伝達物質の一部は、軸索末端と他のニューロンの樹状突起の間の小さな隙間に捨てられます。 この隙間はシナプスと呼ばれ、その大きさはナノメートル（10億分の1メートル）という非常に小さなものです。 神経伝達物質はシナプスを通過し、反対側にある受容体と呼ばれる特殊な部位に結合します。 それぞれの神経伝達物質は、特定の錠前にしか合わない鍵のように、特定の受容体にしか結合しません。 神経伝達物質の種類によって、相手の神経細胞を刺激したり、抑制したりして、自らの活動電位を発火させやすくしたり、しにくくしたりします。 これらのことが非常に高い精度で起こり、何度も繰り返されます。 このように、神経細胞間のコミュニケーションは、非常に高速で行われるため（陸上の哺乳類で最も速いチーターの29m/s（64mph）よりも速い100m/s（223mph）に達する）、「有線伝送」と呼ばれることもある。 神経伝達物質は、ある神経細胞から別の神経細胞へ「ささやかな秘密」を直接伝えるものであり、特定の時間と場所でのみ重要なメッセージを伝えるものである。

一部の神経伝達物質、特に神経ペプチドと呼ばれる種類の神経伝達物質は違います。 神経ペプチドは、樹状突起をはじめとする神経細胞のさまざまな部分から放出されます。 神経ペプチドは、軸索末端と他の神経細胞との間にある小さなシナプスに放出されるのではなく、神経細胞間の空間を満たす液体に放出され、脳内を拡散して遠くの標的にある受容体に到達します。 拡散を考える一つの方法として、森の中を歩くことを考えてみましょう（図2）。 木が生えていない状態では、ある地点から別の地点へ移動するのは非常に簡単で速いです。 しかし、木がたくさん生えてくると、ある地点から別の地点に行くには、木を迂回しなければならないため、時間がかかります。 このように、シナプスでの信号伝達よりもはるかに遅い信号伝達ですが、最終的には神経ペプチドが脳のほとんどの部分に到達します。 しかし、神経ペプチドに反応できるのは、適切な受容体を持つ脳領域だけです。 つまり、樹状突起による神経ペプチドの放出は、Wi-Fiのような無線信号であり、これらのメッセージは、ある細胞から別の細胞へではなく、ある神経細胞グループから別の神経細胞グループへ送られる「公示」なのである。

オキシトシンとバソプレシンは “ワイヤレス “シグナリングで行動に影響を与える

別の例を見てみましょう。 オキシトシンとバソプレシンという神経ペプチドは、脳の視床下部にある大きなニューロンで作られます。 この大型ニューロンの軸索は、脳の下部にある下垂体という特殊な腺にまで伸びています。 そこから神経ペプチドが軸索末端から直接血液中に放出されます。 オキシトシンは体中を駆け巡り、出産や授乳に関与します。 バソプレッシンは血圧に影響を与え、腎臓を通じて体の水分バランスを調整します。 しかし、この2つの神経ペプチドは脳内にも放出され、さまざまな行動をコントロールしています。 例えば、オキシトシンは母親が子供との絆を深めるのに役立ち、バソプレッシンは記憶や攻撃性に影響を与えます。 しかし、これらの行動をコントロールする脳の領域は、神経ペプチドを作る細胞から離れていることがあります。

軸索末端から血液中に放出されたオキシトシンとバソプレシンは、血液脳関門という不思議な構造のため、脳内に再侵入することができません。 考えてみてください。病気になったとき、細菌やウイルスが脳に侵入するのは嫌ですよね。 血液脳関門とは、血液中の病原体や毒素、その他の分子から脳を守るための細胞の層です。

しかし、オキシトシンやバソプレッシンは、神経細胞の樹状突起から直接、脳内に放出されることもあります。 科学者たちは、神経ペプチドが樹状突起から（脳内に）放出されるのと、軸索末端から（血中に）放出されるのは、それぞれ独立して起こりうることを発見しました。 バソプレシンやオキシトシンの軸索末端からの放出は、他のすべての神経細胞で引き起こされる神経伝達物質の放出と同様に、活動電位によって制御される。 しかし、脳内の化学信号の中には、活動電位を発生させずに樹状突起からの神経ペプチドの放出を促すものもある。 このように異なる方法で放出を促すことで、神経ペプチドの作用を体と脳で別々に制御することができる。 例えば、オキシトシンは、出産や授乳などの身体への作用だけでなく、母親の育児や脳の結合作用も刺激する。 オキシトシンは、出産や授乳などの体への影響だけでなく、母親の育児や脳の結合作用を刺激し、新生児が緊急に必要とする食事や愛情を受け取れるようにします（図3）。

神経ペプチドはホルモンに似ている？

神経細胞の樹状突起から神経ペプチドが放出されるのは、体内でホルモンが放出されるのとよく似ています。 ホルモンは、分泌腺から放出され、血液によって遠くの標的細胞に運ばれる化学的なメッセンジャーです。 ホルモンは、分泌腺から離れた場所にある細胞を刺激することができます。 ホルモンには様々な種類があり、体の中で様々な働きをしています。 例えば、脳下垂体から分泌されるプロラクチンは、母親の乳房に運ばれ、授乳のために母乳の分泌を促します。

なぜ神経伝達物質のシグナルを理解することが重要なのか

治療が難しく、新しい治療法が早急に必要な行動障害の中には、バソプレシンやオキシトシンが関与する行動があります。 前述したように、オキシトシンは出産や授乳、母親の育児行動などに関与しています。 しかし、オキシトシンは、子どもが他者との複雑な相互作用を発達させ、維持するためにも重要です。 自閉症の子どもの中には、そうした相互作用を理解し、それに応えることが困難な場合が多く、科学者たちはオキシトシンを治療の可能性として試しています（この件について詳しく知りたい方は、オンライン・ライブラリー「Frontiers for Young Minds」に掲載されているDaniel Quintana氏とGail Alvares氏が書いた記事をお読みください） .

その他の例としては、ストレスや不安に関連する障害、摂食障害、物質誤用（アルコール誤用を含む）の障害、性行動の障害などがあります。 これらは人間に大きな影響を与える健康問題です。

用語解説

神経細胞：神経系の細胞で、神経細胞またはニューロンと呼ばれ、「メッセージ」の伝達に特化している。

神経伝達物質：神経細胞がお互いに話し合うために使用する化学物質で、「化学的な言葉」と考えることができます。 神経伝達物質の一種です。

視床下部。

視床下部：喉の渇き、食欲、睡眠などの機能を調節する脳の領域。

下垂体。

下垂体：下垂体は、脳の底部にある小さな骨のある空洞にあります。 視床下部とつながっています。 下垂体は、様々な身体活動を調節するホルモンを分泌します。

ホルモン。 ホルモンとは、体の成長や思春期のような特定の活動を助けるために体内で作られる特別な化学物質です。

自閉症。 自閉症の子供たちの多くは、他人が何を考え、どう感じているのかを理解するのが苦手です。

Conflict of Interest Statement

著者は、この研究が、潜在的な利益相反と解釈されるような商業的または金銭的関係がない状態で実施されたことを宣言します。

謝辞

原稿にコメントをくれた友人や職場の同僚に感謝します。特に友人のDavidとGarethは、私が子供に理解できる適切な言葉を使っているかどうか確認してくれました。 また、プルキンエ細胞の画像を提供してくれたMártaにも感謝します。

Ludwig, M., and Stern, J. E. 2015. オキシトシンとバソプレッシンの樹状突起エキソサイトーシスが媒介する複数のシグナル伝達様式。 Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 370(1672):20140182. doi:10.1098/rstb.2014.0182

Ludwig, M., and Leng, G. 2006. Dendritic peptide release and peptide-dependent behaviours. Nat. Rev. Neurosci. 7:126-36. doi:10.1038/nrn1845

Neumann, I. D., and Landgraf, R. 2012.

Neumann, I. D. and Landgraf, R. 2012. 脳内オキシトシンとバソプレッシンのバランス：不安、うつ、社会的行動への意味合い。 Trends. Neurosci. 35:649-59. doi:10.1016/j.tins.2012.08.004

Quintana, D. S., and Alvares, G. A. 2016. オキシトシン：神経ペプチドは私たちの社会的行動をどのように変えるのか？ フロント。 Young Minds 4:7. doi:10.3389/frym.2016.00007