「脳内の神経細胞はどのように情報を共有しているのだろうか」。そんな素朴な疑問が、神経科学の分野では長い間論争の的になっている。

もちろん、神経細胞同士はシナプスでつながっており、ひとつの神経細胞が「発火」すると、それにつながる別の神経細胞へと電気信号が送られる、というのはよく知られていることだ。

しかし、この単純なモデルだけでは解明できないこともいくつかある。例えば、「神経細胞の発火のどこに情報が載せられているのか」などだ。こうした疑問を解決していけば、「思考」の物理的性質を理解できるようになるはずである。

神経細胞のタイムキーパーはどこに

神経細胞による情報の符号化を説明しようとした理論は2つある。「発火率表現」モデルと「タイミング表現」モデルだ。

発火率表現モデルは、一定期間に何回スパイク（神経細胞の発火）が起きるかに情報が載せられているという考え方だ。一方、タイミング表現モデルでは、モールス信号のようなさまざまな発火パターンがあり、そのパターンに情報が載っていると考える。

だが、このタイミング表現モデルには難問がある。次に発火するまでの期間が「長い」または「短い」というなら、長いまたは短いとする基準が必要になる。つまり、メトロノームのように一定のリズムを刻む何かが脳に備わっている必要があるのだ。

コンピューターのCPUには内部にクロック（時計）が搭載されていて、コンピューター内部のあらゆる回路がこのクロック信号に同期して動作する。タイミング表現モデルが正しいとすれば、脳にもこのクロックと似たようなものがなくてはならない。

脳のクロックは、ガンマ振動と呼ばれる半規則的な脳波に存在すると考える神経科学者もいる。しかし、このクロックは一定のリズムを刻んでいるわけではない。まぶしい光など、その人の体験に応じてクロックが速くなったり遅くなったりする可能性があるのだ。

そんな気まぐれなクロックでは、神経細胞同士が信号を同期させる方法の全容を説明できそうにない。そこで神経科学においては、そもそもガンマ振動とは何なのかという激しい論争が巻き起こったのである。

ほぼ一定の時を刻む神経細胞の発見

ブラウン大学でガンマ振動を研究しているクリストファー・ムーアとシン・ヘヨンは、ある程度一定した頻度で発火するだけでなく、どんな刺激下でも発火頻度を保つ神経細胞を発見して驚いた。

「いままで見たことのない、面白い何かが起きているのだとすぐにわかりました」と、ムーアは言う。ムーアとシンの研究結果は2019年7月に『Neuron』誌で発表された。

過去の実験で、ムーアの研究チームは人工的に自然なガンマ振動をマウスに引き起こすことによって、マウスのひげの感度がよくなったことを実証していた。わずかな感触も検知できるということは、より注意深くなったと解釈できる。

今回の研究でも、マウスのひげにかすかに触れる実験を実施したが、シンはこのプロセスにおいて抑制性神経細胞の役割に注目した。抑制性神経細胞は、まわりの神経細胞の活動を制御し、脳内に過剰電流が流れないようにしている細胞だ。脳内におけるガンマ振動の一因にもなっている。

シンは、3種類の抑制性神経細胞を発見した。ひげを触ったときに発火した神経細胞、ランダムに発火したと思われる神経細胞、そしてガンマ振動に合わせて驚くほど一定頻度で発火する神経細胞だ。

マウス特有の神経細胞なのか？

カリフォルニア大学サンフランシスコ校サンドラー神経科学センターの精神医学博士ヴィカース・ソハールは、この神経細胞の発見によってガンマ振動についての論議が終わる可能性があると考えている（ソハールはこの研究には参加していない）。

神経科学では、ガンマ振動の目的について大雑把に考えられていたが、この発見によってもっと明確な機能があることが示唆されたと、ソハールは指摘する。「ガンマ振動についての考えが大きく発展したのです。これは非常に重要なことです。なんといってもガンマ振動は大きな論争の的だったのですから」

こうした神経細胞がマウスで発見されたという事実は、この論争で反論していた研究者にとって、一瞬でも立ち止まって考える理由を与えた。

「わたしにはこの研究結果の重要性は理解し難いと思います」と、これまでタイミング表現モデルについて批判的だったニューヨーク大学の神経科学者、トニー・モヴションは言う。「この神経細胞があちこちに存在するなら、とっくに発見されていたはずです」。つまり、この神経細胞はマウス特有のものだというのが彼の主張だ。

だが、ソハールは同意しない。「神経細胞を発見するといろいろなことが言われ、神経科学では偶然にすぎないという反論が出てきます」と言う。「しかし、このような神経細胞は存在しているが、単にいままで特定する方法がなかっただけという可能性も高いのです」

脳全体と一部分で一致しないガンマ振動の謎

とはいえ、解決すべき疑問はほかにもある。

通常、脳のガンマ振動は脳全体の電気的活動、つまり「局所電場電位（LFP）」を合計して検知するのだが、今回新たに発見された神経細胞の振動は、局所電場電位（LFP）全体のガンマ振動と一致しないのだ。

インド科学研究所神経科学センターのスープラティム・レイ博士は、今回の発見ではこの整合性についてさらなる調査が必要だと考えている。本当にクロックのような神経細胞なら、時間管理を行っている兆候が局所電場電位（LFP）のリズムにも現れるはずだが、それが見られないとレイは言う。「まるで沈黙した時計のようです」

これに対し、ムーアはこの現象を、ガンマ振動が脳全体の信号ではなく、局所規模で著しくみられる信号である可能性を示す兆候だと考えている。

「ガンマ振動が脳に関係していると考えるのは理にかなっています」と、ムーアは言う。しかし、そのガンマ振動は脳全体の合計信号から計測するのではなく、脳内の小さな各領域を構成する信号として計測してみる必要があるのかもしれない。「局所レヴェルの神経細胞集団まで掘り下げてみないと、神経細胞が実際に何をしているのかわかりません」

ムーアとシンは、今回発見された神経細胞と脳全体のリズムの不一致について、今後も調査を続けていく予定だ。だがそれだけでなく、脳のほかの部位でもこの神経細胞を発見し、それらの神経細胞を活発化させることでマウスのひげの感度を上げられるかも調べたいという。

だが最も重要なことは、この神経細胞をヒトの脳で発見することである。そうすれば、神経細胞同士がどうやってごくわずかな電気信号の炸裂で情報を伝達しているのかというミステリーを解明できるかもしれない。

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