ソークの科学者が脳の発達にこれまで知られていなかった要件を発見

ソークの科学者が脳の発達にこれまで知られていなかった要件を発見

脳は、視覚やその他の感覚に不可欠な領域を適切に確立するために、遺伝だけでなく視床からの入力も必要とします。

ラホヤ-ソーク生物学研究所の科学者らは、脳の感覚領域がこれまで考えられていたものとは根本的に異なる方法で発達することを実証し、この発見は視覚障害と神経障害について新たな洞察をもたらす可能性がある。

7 年 2013 月 XNUMX 日に発表された論文では、 科学、ソーク研究者 デニス・オリアリー 博士らは、大脳皮質がどのようにして別々の機能領域に成長するかを決定するのは遺伝子だけではないことを示した。 その代わりに、感覚情報の脳内の主要なスイッチングステーションである視床からの入力が非常に必要であることを彼らは示した。

オリアリーは、大脳皮質の主要な領域である新皮質が特定の機能に特化した特定の領域を発達させる方法である「現実化」に関する先駆的な研究を行ってきました。 に掲載された画期的な論文で 科学 彼は 2000 年に、XNUMX つの調節遺伝子が新皮質の一般的なパターンに決定的に関与していることを示し、それ以来、この過程における他の遺伝子の異なる役割を示してきました。 この新しい一連のマウス実験で、彼の研究室は視覚システムに焦点を当て、物語に新たな予期せぬひねりを発見しました。

「適切に機能するには、皮質領域が正しくマッピングされていることが不可欠であり、遺伝的に事前にプログラムされていると考えられているのはこの構造です」と、分子神経生物学のヴィンセント・J・コーツ教授のオレアリー氏は言う。ソークで。 「驚いたことに、視床からの入力が脳の発達のかなり早い段階で重要な役割を果たしていることがわかりました。」

展望 外界から脳内の処理領域に中継されます。 リレーは、光が網膜に当たると始まります。網膜は目の奥にある薄い細胞片で、色と光のレベルを検出し、情報を電気信号および化学信号としてエンコードします。 これらの信号は、網膜神経節細胞を介して、視床の構造である外側膝状核 (LGN) に送信されます。

リレーの次の重要なステップでは、LGN が信号を新皮質の一次視覚野 (V1) に送ります。新皮質は、機能的および解剖学的に異なる領域に分割された多層構造です。 V1 は視覚情報を抽出するプロセスを開始します。このプロセスは、視覚認識にとって極めて重要な新皮質の「高次」視覚野によってさらに実行されます。 機械の部品と同様、これらの領域の機能は個別であると同時に統合されています。 XNUMX つの小さな領域が損傷すると、人は動いているボールが見えるにもかかわらず、それが動いているとは認識できないという奇妙な視覚障害を引き起こす可能性があります。

現在の定説では、この基本的なアーキテクチャは完全に遺伝的に決定され、環境入力は開発の後半でのみ役割を果たすと考えられています。 このアイデアの最も有名な例の XNUMX つは、視覚神経科学者のデビッド ヒューベルとトルステン ヴィーゼルのノーベル賞受賞研究であり、この研究は、視覚の敏感さには「臨界期」があることを示しました。 彼らの発見は一般に、人生の早い段階で基本的な視覚刺激にさらされなければ、健康な脳を持つ人でも正しく見ることができないという警告として解釈されました。

神経可塑性に関するその後の発見は、初期の欠乏は克服でき、脳は特定の領域で新しいニューロンを発芽させることさえできることをより楽観的に示唆しました。 それにもかかわらず、このことは、環境の影響によって神経構造が変化する可能性はあるが、それができるのは遺伝学だけであるという考えをさらに裏付けるものでした。 確立する 皮質領域がどのように配置されるか。

しかし、彼らの新しい研究では、オレアリーと論文の共同筆頭著者であるオレアリー研究室の博士研究員であるシェン・ジュ・チョウとゾイラ・バボットは、遺伝学が新皮質の広い分野を提供するだけであることを示している。視覚領域。

彼らが視床と皮質の間のつながりを切り離す突然変異マウスを作成したところ、皮質の初期発達が完了した後にのみ、一次視覚野と高次視覚野が本来あるべきように相互に区別できていないことが判明した。

「私たちの新たな理解は、遺伝子は皮質領域の大まかなレイアウトを作成するだけだということです」とオレアリーは説明する。 「適切な感覚処理に必要な微細な区別を発達させるには、視床からの入力が必要です。」

本質的に、脳が家であれば、どの領域が寝室であるかは遺伝子によって決定されるでしょう。 視床入力は、主寝室、子供部屋、ゲスト用寝室などを区別する詳細を提供します。 「皮質全体の領域のサイズと位置は変化しませんが、LGNからの視床入力がなければ、一次および高次の視覚野を作成する重要な分化プロセスは起こりません」とオリアリー氏は言う。

ほとんどの感覚様式（視覚、聴覚、触覚）が視床を通って皮質に到達することを考えると、この実験は、生まれたときから感覚様式を欠いている人が、後に感覚を失った人よりも回復した感覚入力を処理するのが難しい理由を示唆している可能性があります。生活の中で。 しかし、さらに、オレアリー氏が言うように、「人間の視床入力のさらに微妙な変化は、視覚やその他の感覚を処理し、行動を導く能力に大きな影響を与える可能性のある新皮質にも変化をもたらす可能性があります。」異常な行動に。」

オリアリー氏は、彼の研究室では、脳の皮質領域がどのように確立されるか、および次のようなさまざまな発達障害との関連性を引き続き調査する予定であると述べています。 自閉症.

この研究の他の研究者は、ソーク研究所のアクセル・ラインガートナー氏と中川泰氏、そしてソーク研究所のミケーレ・シュテューダー氏でした。 ヴァルローズ生物学研究所、INSERM フランスで。

この作品は 国立衛生研究所 国立研究庁 2009 年優秀議長プログラム スペイン教育科学省 と Generalitatのカタルーニャ.

ソーク生物学研究所について：
ソーク生物学研究所は世界有数の基礎研究機関の XNUMX つであり、国際的に有名な教員がユニークで協力的かつ創造的な環境で生命科学の基礎的な疑問を研究しています。 ソークの科学者は、発見と次世代の研究者の指導の両方に重点を置き、神経科学、遺伝学、細胞生物学、植物生物学、および関連分野を研究することで、がん、老化、アルツハイマー病、糖尿病、感染症の理解に画期的な貢献をしています。

教員の功績は、ノーベル賞や全米科学アカデミーの会員など、数多くの栄誉によって認められています。 ポリオワクチンの先駆者であるジョナス・ソーク医学博士によって 1960 年に設立されたこの研究所は、独立した非営利団体であり、建築上のランドマークでもあります。