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记者会见「大脳のシナプスの揺らぎと记忆」

大脳のシナプスの揺らぎと记忆

1．発表日时：　2008年12月1日（月）　14:00～
　　
2．発表场所：　东京大学医学部教育研究栋2阶　第1セミナー室（别纸地図参照）

3．発表者：　河西春郎　教授
（大学院医学系研究科附属疾患生命工学センター　构造生理学部门）

4．発表概要：
　大脳のシナプスは学习や経験により机能や大きさを変える。今回、我々は学习刺激がなくてもシナプスは长期的な揺らぎを示すことを见出した。この揺らぎは我々の记忆の持続や忘却、适応性や创造力など多くの精神现象と関係することが示唆された。

5．発表内容：
　 大脳の働きを司る神経細胞は大樹のように見事な枝（樹状突起）を多数伸ばし（図1）、その枝には1ミクロン以下の大きさのとげ（スパイン）が無数に生えています（図1B）。このとげに神経細胞間の接合部（シナプス（注1））ができます（図1B及び図2）。このシナプスによって作られる神経細胞の回路で情報が処理されることにより、我々の脳は高度な機能を営むことができます。この回路の動作を決めるのがシナプス結合の強さです。
面白いことに、大脳でシナプスの出来るスパインの形は着しく多様で、それには深い意味があると考えられてきました（図2）。我々は新しい顕微镜（2光子励起顕微镜（注2））を用いることによりスパインの大きさがシナプス结合の强さを决めていること、そして、学习によってスパインの大きさが変わることなどを、世界に先駆けて明らかにしてきました。スパインは脳の记忆素子の様です。
さて、それではスパインの大きさは学习によってのみ変化するのでしょうか。今回、我々は多数のスパインの体积の変化を数日间に渡って精密に测定した结果、スパインは学习による変化（図3赤）以外に自然の揺らぎ（図3青）があり、これに伴いシナプスの新生や消灭も自発的に起きていることを明らかにしました。これまでは、シナプスの结合は学习によってのみ変わると考えられてきましたので、これは大変意外なことです。しかし、この揺らぎの効果は大きく、これまで説明不可能であったシナプスや脳の性质を沢山説明できることがわかってきました。
たとえば、この揺らぎが大きい程、一度覚えたものを忘れ易いでしょう。それでは、どうして、シナプスは揺らぐのでしょう。シナプスは生きている小さな构造ですので、それに伴い必然的な揺らぎが起きてしまうと考えられます。记忆力のいい人ほど、揺らぎが小さい良いシナプスを持っているのかもしれません。
面白いことに、学習によっては中くらいの大きさのシナプスしか作られません（図3、スパイン体積0.2 ?m3）。本当に長く持続する大きなシナプスができるには、何度も学習することにより、中くらいのシナプスから揺らいで大きなシナプスが形成される必要があります。これが、長く続く記憶には反復学習が必要である理由であると推察されます。
それでは、何故、学习によってすぐに大きなシナプスが出来ないのでしょう。もし、大脳のシナプスがその様に设计されていたら、我々の脳はその日の记忆で一杯になってしまい、昨日の记忆を忘れ、何十年にもわたる社会生活が営めないでしょう。また、不必要な记忆によって悩まされる重大な障害(笔罢厂顿（注3）)が起きるかもしれません。即ち、シナプスは学习と揺らぎをうまく使って、后に残す记忆を少しずつ选んでいると考えられます。
　 脳の記憶素子スパインは、計算機の様に0，1の二つの状態だけとるのではありません。スパインの大きさによって決まるアナログの値を持っています（図3）。しかも、このアナログの値は、ゆっくりとしか変われないので、すぐに随意の値にセットできず、大きな値を取るには日数がかかります（図3）。そして、大きくなるとなかなか消えなくなります。つまり、より長く持続したスパインほど大きな値を持ち、長く残り易いということになります。随分、変な性質を持つ記憶素子であると言えます。こんな素子は人工的な記憶装置の中では使われていません。そこで、この記憶素子を脳が使っていることの意味を考えてみます。19世紀の心理学者エビングハウスは一度覚えた記憶を忘却する時間経過を測定し、忘却曲線を求めました（図4）。記憶の減衰は初め速く進行しますが、1日経つと減衰し難くなりました。即ち、少し長く持続した記憶は長く残り易いという、有名な記憶の法則を発見しました。この法則は、人々の経験とよく一致し、1885年に本が刊行されるとすぐ万人の認めるところとなったそうです。たとえば、一夜漬けの暗記はすぐ忘れますが、以前から覚えていることは容易には忘れません。しかし、記憶が何故このような性質を持つのか説明されていませんでした。我々の見つけたスパインの法則、「長く持続したスパインほど長く残り易い」は、エビングハウスの見つけた記憶の性質を自然に説明します。我々の記憶の新しいものは小さなスパインに、古いものほど大きなスパインに堆積するように残っていくと推察されます（図3）。
　 さて、スパインの揺らぎにより自然な生成消滅も毎日沢山起きており、新たな神経回路が毎日偶然に（ランダムに）作られていきます。脳は日々の経験や学習によりこの中から役に立つものを選び、いらないものを捨てていくと考えられます。この大量のシナプスの生成消滅により、我々は高い環境適応力を持ち、その偶然の流れに乗って創造力を獲得するのではないかと推察されます。この様にシナプスの揺らぎは大変重要な意味をもっているようです。
大脳のスパインは知情意に関係するすべての领域に存在し、それぞれの领域の记忆を担っています。スパインの揺らぎや学习で我々の心が构筑され、またそれらが様々な精神疾患に関係する有様が、今后具体的に解明されていくでしょう。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6．発表雑誌：
　 Journal of Neuroscience （12月10日号発表予定）
“Principles of long-term dynamics of dendritic spines.”
Yasumatsu, N., Matsuzaki, M., Miyazaki, T., Noguchi, J. & Kasai, H. (2008). In press.

7．注意事项：
解禁日時　 日本時間　12月9日（火）　午前6時

8．问い合わせ先：
东京大学大学院医学系研究科附属疾患生命工学センター　构造生理学部门
教授　河西春郎

9．用语解説：
（注1）シナプス：神経细胞が情报のやりとりをする接合部。大脳の兴奋性シナプスではグルタミン酸を伝达物质とする。シナプスの结合强度はシナプス后部のグルタミン酸受容体の数によって决まる。
（注2）2光子励起顕微镜：超短パルス光を用いて、臓器の内部の微细构造や分子过程を観察したり操作する顕微镜法。スパイン研究の主役を担っている。
（注3）PTSD (心的外傷後ストレス障害):外傷的な出来事に暴露された後、その出来事が反復して想起され、夢に現れ、再現するように感じ精神不安を来す障害。

10．添付资料：

この资料の図は下记の鲍搁尝から提供しています。