ニューロン。 介在ニューロン

ニューロンの構造と働き

ニューロン

あなたが、ありとあらゆる何かを経験するとき、それがどのようなものであれ、脳神経細胞のニューロンは活発に働いている。 ヒトの脳全体で千数百億個あるとも言われるニューロン。 「経験」はそれぞれ異なるニューロンの接続パターンをつくり出すと言われているが、これらの脳神経活動を深く分析することで、ヒトの脳がどのように世界を認識するか、そしてどのように記憶を形成しているのか突き止められるだろうか? 膨大な数のニューロンが織りなす接続パターンは、ほんの部分的なものだけでも途方もない量に及ぶ。 ところが、ニューロン内の遺伝子発現パターンを分析することで、脳神経細胞の活動記録を再建築できるという画期的な方法が、学術誌『』で。 それが、米ハーヴァード大学医学部の遺伝子学博士課程の研究者であるケルシー・ティソウスキーら研究チームの実験が明かした脳の仕組みのひとつだ。 ニューロンの活性時間が遺伝子発現量と関連 この発見はまず、ペトリ皿での実験から始まった。 ティソウスキーは、ペトリ皿で培養したニューロンにごく短時間の刺激を与えると、その刺激に対して迅速に応答する遺伝子が発現することを発見した。 反対に、ニューロンへの持続的な刺激は、迅速に応答するものと、それよりも遅く応答する遺伝子の両方が発現することを突き止めた。 ペトリ皿での実験結果は、門外漢のわれわれでも直感的に受け入れられるものだ。 たとえば熱いフライパンで火傷をしてしまったときなどは、短時間の刺激ですぐに反応できる迅速な遺伝子が脳内で発現する。 また、誰かの顔と名前を覚えなければならない場合などは、火傷よりも長いあいだニューロンへの刺激が持続する。 そうしたときには、迅速に応答するものと遅く応答する遺伝子の両方が発現するのだ。 事実、ティソウスキーが発見した遺伝子発現パターンは、ニューロンがどれほど長く発火したかを反映するものだったという。 「ケルシー(ティソウスキー)の発見はエレガントで、予想外のシンプルさが自然にあります」と、共著者である遺伝子学のは言う。 「ニューロンの活動が持続すればするほど、より多くの遺伝子が発現することがわかったのです」 脳神経活動が上昇すると、ニューロン内ではこれらの活動を制御する遺伝子が発現する。 このプロセスは、シナプスの強化や弱化、また機能的、構造的な変化を促すことなどに必要だと思われている。 ではペトリ皿でみられたこのプロセスは、実際の脳でも同じように機能しているのだろうか? またこのプロセスを逆手にとり、ニューロンの遺伝子発現を調べるだけで、どれほど長いあいだ脳が刺激を受けたのかを推測することは可能だろうか? マウスの脳を使った実験 そこで研究チームは、暗闇で育てられたマウスの視覚野にある脳神経細胞で、光を感知することによって発現する遺伝子に着目。 マウスのケージ近くで、短時間(5秒~5分間)または長時間(6時間)ライトを照射し、活性化した視覚野のニューロン活動を記録した。 結果、ペトリ皿でのニューロン刺激に応答する遺伝子発現プロセスは、マウスの脳でも同じように起こっていることがわかった。 すなわち、短時間の光照射では素早く反応する遺伝子が発現し、長時間の光照射では反応の速いものと遅い遺伝子の両方が発現していた。 興味深いことに、それぞれの刺激に対応する遺伝子発現パターンは、脳の6層構造のいずれかにあるニューロンによって異なっていた。 反応の速い遺伝子発現は脳の深い層にあるニューロンで起こり、反応の遅い遺伝子発現は比較的表面層にあるニューロンで起こっていた。 研究者らはこれについて、「迅速的および持続的ニューロンの間で発現する遺伝子の大部分に、層によって特有の発現傾向があったことから、迅速的および持続的ニューロンの主な遺伝的相違は、各層の位置から生じている可能性がある」と、論文にて説明している。 またティソウスキーは、マウスの視覚野にあるニューロンの遺伝子発現パターンから、それらがどれほど長いあいだ光照射を受けたのかもコンピューターモデルで予測することができた。 脳細胞の遺伝子発現量を調査することで、受けた「経験」を垣間見ることができたというわけだ。 遺伝子発現の速さが意味するもの この研究結果についてグレイ准教授は、われわれの感情体験を思考や行動に変換するプロセスを、捕食者と被食者にたとえれば理解しやすいと説明している。 われわれが捕食されるかどうかを素早く判断するには、ミリ秒単位の迅速な電気化学的計算と、迅速な行動が必要である。 ニューロン内で迅速に発現する遺伝子はこれを可能にする。 反対に、数時間や数日にわたって計画を練り、行動に移すときなどは、ニューロンは遅く発現する遺伝子を使用するのだと彼は言う。 研究チームは反応の速い遺伝子と遅い遺伝子の関係をひも解くことで、われわれの脳がどのように新しい経験に基づいた情報を収納し、ニューロンの過活動を調整するのか、そのメカニズムの解明に取り組んでいきたいと話している。

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ニューロンとは?~簡単にわかりやすく説明!ニューロンの発火や数や働きなど~

ニューロン

この記事では、以下の項目を 重点的に解説しています。 神経系は ニューロンと呼ばれる細胞が 集まってつくられています。 このため 神経系のつくりと働きを理解するには ニューロンのつくりと働きを理解する 必要があります。 そこでまずは ニューロンについて解説しましょう。 ニューロンのつくりと働き ニューロンは 神経細胞ともよばれ 情報を伝える働きをしています。 例えば 眼で得られた情報を脳へ伝えたり 脳からの情報を筋肉に伝えたりといった 働きをしているのです。 代表的なニューロンの形を描くと 下図のようになります。 ニューロンは 下図の矢印の方向へ情報を伝えます。 となり合ったニューロン同士の 細胞体と神経繊維は つながることができます。 複数のニューロンがつながることで 遠く離れた部位へも情報を伝えることが できるのです 下図。 それでは、神経系の説明に入りましょう。 神経系のつくりと働き ヒトの神経系は 中枢 ちゅうすう 神経系と 末梢 まっしょう 神経系に分けられ 中枢神経系は、さらに 脳と脊髄 せきずい に分けられます。 末梢神経系には 脳と脊髄以外の全ての神経が含まれます 下図。 という3つの視点から解説しましょう。 はじめに 『体のどこにあるのか』 について解説します。 下の図は ヒトの神経系の分布を描いたものです。 脳は、頭部にあって 頭骨に囲われており 脊髄は、体の中心の背中側にあって 背骨の中を通っています。 そして、末梢神経系は 脳と脊髄から伸びるようにして 全身に分布しています。 上の図では、末梢神経系を たった数本の線で描いていますが、 実際は、末梢神経系の神経は 体毛1本1本などの細かな部位に至るまで 体の隅々へと分布しています。 次に 『どのような作りをしているのか』 についてです。 記事の初めに 神経系はニューロンが 集まってできていると書きましたが、 脳と、脊髄・末梢神経系とでは ニューロンの集まり方に違いが見られます。 脳は、膨大な数のニューロンが 1か所に集まって出来たものです。 成人の脳をつくっているニューロンの数は 1000億個を超えると言われています。 1つのニューロンは 下図のように 他の複数のニューロンと つながることが出来ます。 脳は、多くのニューロンが 複雑につながり合うことで 作られているのです。 脊髄と末梢神経系は どのようなつくりでしょうか? 脊髄は 多数の細長い神経が 束になってできています。 この束 脊髄 から 細長い神経が1本1本分かれ出たものを 末梢神経系とよんでいます。 そして、1本の細長い神経は 多数の細長いニューロンの束なのです。 1本のニューロンを1本の糸に置き換え、 脊髄、末梢神経系の神経、ニューロンの 関係を、糸を用いた模型で示すと 下図のようになります。 ここまで見てきた 脳、脊髄、末梢神経系の違いを 表でまとめてみましょう。 では最後に 「どのような働きをするのか」 について解説しましょう。 末梢神経系の働きについての 説明からはじめます。 末梢神経系は ある部位から別の部位へと 情報を伝える働きをしています。 どの部位からどの部位へ情報を伝えるか によって、末梢神経系は 体性 たいせい 神経系と 自律 じりつ 神経系に分けられ、 体性神経系は、さらに 感覚神経と運動神経に 分けられます 下図。 感覚神経は 感覚器が得た情報を 脳へ伝えています。 感覚器というのは、眼や皮膚など 五感 視覚、味覚、嗅覚、聴覚、皮膚感覚 に関わる 部位の総称です。 例えば 舌が得た情報は 感覚神経を通じて脳へ伝えられ、 足先の皮膚が得た情報は 感覚神経と脊髄を通じて 脳へ伝えられます 下図。 運動神経は 脳からの情報を 筋肉へ伝えます。 運動神経とつながる筋肉は 意識的に動かすことができます。 例えば、足の指を動す時は 脳からの情報が運動神経を通じて 足の指を動かす筋肉へ伝わります 下図。 自律神経系は、 脳からの情報を 体の各部へ伝える神経系です。 脊髄は 脳と末梢神経系との 中継ぎをしています。 では、 締めくくりとして 脳の働きを説明しましょう。 脳は 感覚器から伝えられた情報をまとめたり 体の各部へ情報 命令 を送ったりしています。 例えば あなたの目の前にコップが1つ 置いてあるとしましょう。 コップの中には 茶色い液体が入っていて お茶のにおいがします。 あなたは その液体をお茶と判断し コップに手を伸ばしました。 この例では 茶色い液体という眼からの情報と お茶のニオイという鼻からの情報が 脳でまとめられた結果、 茶色い液体がお茶だという判断を下した と考えることができます。 また、脳が コップに手を伸ばせという情報 命令 を 運動神経を通じて腕の筋肉に送ったことで 意識的にコップに手を伸ばせた と考えることができます。 このような働きを脳ができるのは、 膨大な数のニューロンが 脳内で複雑につながり合っているから なのです。 神経系の働きを表でまとめましょう。 確認問題 以下の文中の空欄に 適する用語を答えなさい。

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神経細胞(ニューロン)の名称

ニューロン

ニューロン(神経細胞)は興奮を伝える役目をもつ。 ニューロンは細胞体から軸索(じくさく)が伸びた細胞で、細胞体は樹状突起という突起がある。 軸索にはシュワン細胞(神経鞘細胞)がぐるぐると巻きついている。 のり巻きでいえば、のりとごはんがシュワン細胞、具が軸索である。 シュワン細胞が軸索にぐるぐると巻きついている構造を髄鞘(ずいしょう)というが、上図のように髄鞘がなくくびれている部分がある。 これをランビエ絞輪という。 軸索とその被膜をあわせて神経繊維という。 髄鞘がある神経繊維を有髄神経線維、髄鞘がない神経繊維を無髄神経繊維という。 無脊椎動物の神経繊維は無髄神経繊維である。 興奮の伝導 脳は全身の各器官に命令するが、命令は興奮として伝えられる。 興奮はニューロンの軸索を伝わるが、これを興奮の伝導という。 興奮の伝導はニューロン(軸索)の双方向に伝わる。 興奮を車とすれば、軸索は二車線道路(一方通行でない道)になる。 広告 シナプス 興奮は軸索(神経繊維)を伝導した後、シナプスを経て次の細胞に伝わる。 これを興奮の伝達という。 シナプスは細胞間の連絡部分で、興奮の伝達は一方通行である。 伝導と伝達という言葉は区別される。 神経繊維 … 伝導(双方向) シナプス … 伝達(一方向) 興奮の伝達 興奮が神経繊維の末端にくると、シナプス小胞に含まれる神経伝達物質が細胞間の隙間(シナプス間隙)に放出される。 これが興奮の伝達である。 具体的には、興奮が軸索末端にくると、膜電位を認識する膜タンパク質のカルシウムチャネルが開いて、カルシウムイオンが細胞外から軸索内に入る。 シナプス小胞はカルシウムイオンによって神経伝達物質を放出する。 興奮を伝えられる細胞は、シナプス間隙に放出された神経伝達物質に応じてイオンチャネルを開閉する。 イオンチャネルの開閉は膜電位の変化(シナプス後電位)になり、この細胞でも興奮が伝導する。

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