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近年、他のどの科学分野よりも速いペースで進歩を遂げている神経科学では、多くの出来事が起こっています。ここでは、私たちが何者であるか、あるいは何者になる可能性があるかという先入観に疑問を投げかける、真に驚くべき神経科学研究を22件ご紹介します。.
今年初め、MITの科学者たちは、 新しい技術 。これは、初めて適切に実現されたものです。さらに、これは生きたマウスで行われ、マウスの脳の各領域をリアルタイムでマッピングしました。このビデオは、マウスに異なる画像を見せることで、脳構造と生きた活動の連携がどのように変化するかを見ることの面白さを物語っています。
この最先端の技術は、第三高調波発生（THG）三光子顕微鏡法と 網膜マッピング、電気的特徴を介して深部脳組織を通して活動を観察することを可能にします。
また、驚くほど高解像度を実現しており、個々のニューロンとその下部構造、さらには細い血管や ミエリン （脳の処理速度において重要な要素であることが知られている一種の絶縁体）を研究することが可能です。
この研究は脳の視覚中枢に焦点を当てていますが、同じ手法を他の領域の研究にも応用できます。これは、健常者と疾患者の脳の状態の違い、そして脳が環境刺激にどのように反応するかを理解するための強力なツールとなることが期待されます。.
新しい 二焦点顕微鏡 技術 COSMOS。彼らの研究は、マウスの脳の大脳皮質全体にわたる神経活動の動画を撮影することに成功しました。
これらの信号は、脳を3つの異なる角度から撮影し、計算によって信号を抽出することで記録され、左右の脳半球のマクロ的な活動をリアルタイムで捉えた映像を提供しています。これは、実際の脳が活動している際の驚くべき電気嵐を文字通りご覧いただけるサンプルです。.
なると 大脳皮質が 複雑な高次認知機能を担うように
研究者らはまた、COSMOS が精神科薬の効果をスクリーニングするための低コストの方法となり、より機能的に効果的な精神科薬の開発につながることを期待している。.
でも触れたように 以前のブログにおける大きなブレークスルーは、 DeepMind 人間の脳の新皮質構造を模倣することによって実現しました。これにより、わずかな計算能力で驚異的な知能向上を達成することが可能になりました。その結果、この人間をモデルにしたAIは、チェス、囲碁、そしてeスポーツの世界トッププレイヤーをそれぞれの競技で凌駕するまでに成長しました。
睡眠は哺乳類やヒトの脳にとって極めて重要な機能であり、そのメカニズムは完全には解明されていないものの、 睡眠不足 する。今年、ロスアラモス国立研究所は、AIシステムのスパイク型計算ネットワークも一種の睡眠不足に陥り、長時間休憩なしに動作を続けると不安定になることを発見した。しかし、睡眠中の脳波に似たネットワーク状態にすることで、最適なパフォーマンスが回復した。
大したことではないように聞こえるかもしれませんが、AIの進歩は私たちの生活様式を一変させる可能性があります。また、この研究結果は、神経科学とAI分野の融合が、超スマートコンピューターの新たな時代をもたらす可能性を示唆しています。.
超 小型脳デバイス が使用されています。メルボルン大学で実施された この試験で 被験者の脳内にこの新しいマイクロテクノロジーが埋め込まれました。
Stentrode™と呼ばれるデバイスは、キーホール手術によって頸部に挿入され、そこから血管を介して運動野へと移動します。この低侵襲手術法は、開頭脳手術に伴うリスクや回復時の合併症を回避します。.
このインプラントは、無線技術を用いて特定のニューロン活動をコンピューターに中継し、患者の意図に基づいた動作に変換します。驚くべきことに、この小さなチップによって、患者はクリックやズーム、93%の精度で文字入力といった操作を実行できるようになり、テキストメッセージの送信、メールの送受信、オンラインショッピングといった、私たちが当たり前に行っている動作を行えるようになりました。.
まだ初期段階ですが、この治療法の侵襲性が最小限であることから、マイクロニューロテクノロジーがあらゆる種類の認知障害を持つ人々を助ける大きな可能性を秘めていることがわかります。.
2018年、 報じました 科学者たちが幹細胞を特定のニューロンに再プログラムする方法を解明したと 正常な細胞を操作し、あらゆる細胞型に変化して死にゆく細胞と置き換わることができる前駆細胞。
彼らの概念実証はゼブラフィッシュのグリア細胞を使って行われ、グリア細胞を幹細胞に効果的に変換し、損傷した網膜細胞を検出して修復し、障害された視力を回復させました。.
細胞死、すなわち アポトーシスは、人間の自然な老化において大きな役割を果たしています。研究者たちは、脳内のニューロン再生のプロセスも同様であると考えています。もし成功すれば、アルツハイマー病のように脳の広範囲がニューロンの死によって失われる疾患に対して、大きな影響を与えるでしょう。また、脳の自然な老化に伴う多くの副作用を防ぎ、高齢になっても健康で充実した生活を送るのに役立つ可能性もあります。
と呼ばれる脳細胞死に関わる重要なプロセスを特定しました 神経変性。このプロセスは、 細胞へのグルタミン酸の取り込みが 細胞死を防ぐ一方で、脳卒中などの病的な状態では脳細胞への酸素供給が制限され、その働きが停止するプロセスを解明するものでした。
実際には、細胞は生存に必要な正しい化学信号を受け取れないため、自ら死滅してしまうのです。そこで研究者たちは、細胞の「死の複合体」が実際に発生する前に介入して不活性化できる特殊な阻害剤を開発しました。.
この阻害剤は 非常に効果的で 、神経変性疾患に対する新たな治療法の選択肢につながることが期待される。
オーフス大学の研究者たちは、高度なPETおよびMRI画像診断技術を用いて、パーキンソン病が実際には 2つの異なる病型。
一つの型では、病気は腸で始まり、神経接続を介して脳に広がります。もう一つの型では、病気は脳で始まり、その後腸や他の臓器に広がります。この動画では、その概要を分かりやすく説明しています。.
治癒には至らないものの、予防策を講じるための早期発症の特定において、これは大きな前進と言えるでしょう。例えば、脳への病変の進行を完全に防ぐ治療法の開発につながる可能性があり、脳に病変が及んだ後の衰弱を防ぐことができます。また、これは腸と脳の強力な共生関係、科学的には「 腸脳相関」。
ケンブリッジ大学とインペリアル・カレッジ・ロンドンの科学者らは、 新しいタイプのAIアルゴリズム 地形CTスキャンデータからさまざまな種類の脳損傷を検出、区別、識別できる
CTスキャンは膨大な量のデータを収集し、専門家による分析には数時間を要することもあります。回復の軌跡や病気の進行を追跡するには、複数のスキャンを経時的に総合的に評価する必要があります。この新しいAIツールは、このような変化の検出において人間の専門家よりも優れており、はるかに迅速かつ安価に実施できるようです。.
例えば、彼らの研究では、このソフトウェアが複数の種類の脳病変の進行を自動的に定量化し、どの病変が大きくなるかを予測するのに非常に効果的であることが示されました。この種のAIを人間の分析を支援するために革新的に応用することは、医療診断を費用対効果の高い方法で変革する多くの事例の先駆けとなるでしょう。.
スーパーエイジャー とは、高齢になっても認知能力が同年代の人々をはるかに上回り、70代、80代になっても若々しい精神力を維持する人のことです。これまで、彼らのような最高の体型を維持する秘訣はほとんど解明されていませんでした。
ケルン大学病院とユーリッヒ研究センターは、 の生物学的特徴に重要な違いに対する抵抗力が著しく高まっていることを明らかにしました タウタンパク質 と アミロイドタンパク質。近年まで、これらのタンパク質の研究は困難でした。
スーパーエイジャーはタウやアミロイドの病理学的レベルも低く、これが高齢期の多くの人に様々な神経変性を引き起こします。タウやアミロイドの蓄積に対する抵抗力の低下が、認知機能のピーク状態を喪失する主要な生物学的要因であることが現在では明らかになっています。.
新たな研究は、こうしたプロセスに焦点を当てることで、一般的な認知機能の低下を治す方法を見つけるとともに、すでに発生している認知症を防ぐ治療法の開発にも役立つ可能性があります。.
カリフォルニア大学サンフランシスコ校の研究チームは、 脳深部刺激法 （DBS）を用いて、うつ病の症状が現れた場合にのみ適応的に治療する方法の開発に成功しました。脳深部刺激法では、脳内に電極を埋め込み、電流を流すことで脳の活動を変化させます。
これまでの研究では、DBSによるうつ病治療の成功率は限定的でした。これは、装置が脳の特定の領域にしか持続的な電気刺激を与えられないためです。しかし、うつ病は脳の様々な領域に影響を及ぼす可能性があり、うつ病の神経学的特徴は予測不能に増減することがあります。.
脳のペースメーカーを本質的に構築することを目指し、科学者たちは新たな神経バイオマーカーを解読しました。この特定の脳活動パターンは、症状の発症を効果的に予測します。この知見に基づき、研究チームは、そのパターンを認識した時と場所のみに作動する新しいDBS技術をカスタマイズしました。.
このタイプの自動オンデマンド療法は、患者の脳と疾患の原因となる神経回路の両方に固有の機能的反応を示す点で印象的です。このカスタムDBS法は、最初の試験で重度のうつ病患者に試験され、見事に成功しました。患者の症状はほぼ即座に緩和され、その効果は長期にわたって持続しました。.
不安や精神衛生上の問題が蔓延しているCOVID時代において、このアプローチは何億人もの人々にとって貴重な薬物を使わない治療法となる可能性がある。.
光波と同様に、人間は周囲を伝わる音波のうち、比較的狭い範囲のスペクトルしか認識できません。通常、人間が認識できるのは20Hzから20,000Hzまでの周波数帯で、これを超える周波数は超音波とみなされます。これはコウモリなどの動物が活動する周波数帯域であり、医療用超音波スキャンにも利用されています。.
高度な技術を駆使した新たな手法が、アールト大学の科学者たちによって開発され、 人間にコウモリ並みの聴力を与えるた。これは、20,000Hzをはるかに超える周波数を聞き取る能力だけでなく、音源の方向と距離を判別する能力も備えています。例えば生物学者にとっては、この装置によって、普段は目立たないコウモリが飛行中であっても追跡し、その位置を特定することが可能になります。
この技術は、球状のマイクアレイを介して超音波を録音し、超音波を検出してコンピューターで音の高さを可聴周波数に変換することで機能します。そして、変換された音波をヘッドホンからリアルタイムで再生します。通常は聞こえない音を認識できるようになることで、例えば、通常は聞こえないガス漏れを聞き分け、その位置を特定できるようになるなど、産業用途における価値ある応用が期待されます。.
神経科学は比較的新しい科学分野であり、急速に成長していますが、人工知能（AI）はそれよりもはるかに新しく、急速に成長しています。MIT の研究者たちは、これら2つの科学分野を融合させる可能性を明らかに。
機械学習を用いることで、人工ニューラルネットワークがわずか数分で嗅覚を自己学習し、哺乳類の脳の嗅覚回路を模倣できることを発見しました。これは非常に意義深いことです。なぜなら、このアルゴリズムは、生物学的に嗅覚を発達させるのに何百万年もかかる進化に関する知識を全く持たずに動作させられたからです。.
しかし驚くべきことに、人工ニューラル ネットワークは嗅覚の生物学的活動を非常に忠実に再現し、脳の嗅覚ネットワークがその機能に対して数学的に最適化されていることが明らかになりました。.
独立した機械学習によって脳内の回路の自然な構造を精密に模倣することは、AIが生物進化の内なる秘密を教えてくれるような新しい時代の到来を告げるかもしれません。嗅覚は2021年の出発点ですが、これがどこへ向かうのかは誰にもわかりません…
カリフォルニア大学サンフランシスコ校の研究者たちは、 新しいタイプの発話神経補綴装置 。この方法は、脳幹が重度に損傷し全身麻痺を呈した男性に有効であることが実証されました。
驚くべきことに、この技術は声帯を制御する発話関連の脳信号を検知することで機能します。私たちが話すとき、声帯は会話で用いる多様な音を発音するために、複雑な運動機能の指示を必要とします。たとえ動けない状態でも、これらの信号は脳から送られます。.
研究者たちは、てんかん患者の脳記録を用いて、発声筋への指示をリアルタイムで単語に解読する方法を開発した。この神経パターンから、患者が考えている50種類の一般的な単語を確実に識別することができた。.
患者に必要なのは、高密度電極アレイを装着し、言語運動皮質からの神経活動を捕捉・記録することだけでした。これにより、1分間に最大18語の翻訳が93%の精度で可能になりました。患者にとっての利点は、実際に話しているように振舞うだけで、50語の語彙から数百もの異なる文を意思疎通できることです。.
この画期的な進歩は麻痺患者に限定されているように思われますが、私たちは毎晩夢を見ている間、麻痺状態にあります（夢遊病でない限り）。このアプローチが十分に進化すれば、例えば睡眠中の思考そのものを翻訳する道が開かれるかもしれません。
技術的には「脳オルガノイド」と呼ばれるミニ脳は、 誘導多能性幹細胞。これらの幹細胞は、人の皮膚や血液から採取でき、あらゆる種類の細胞に分化する可能性を秘めている。その利点は、通常はアクセスが非常に困難な細胞構造を、原理的には培養・分離して研究できる点にある。これは特に脳にとって重要であるが、これまでのミニ脳は機能的な構造が限られていた。
今年達成した画期的な成果は、 オルガノイドの集合体を培養して複雑な三次元脳構造を形成することで、構造的複雑性を飛躍的に向上させた。研究者たちは、レット症候群（てんかん発作を伴う疾患）の患者から幹細胞を採取し、人間の脳の一部に類似した機能を持つミニ脳を培養することに成功した。これにより、発作の発症に似た電気活動パターンを安全かつ確実に観察することが可能になった。
この研究は、脳機能の一部を、個々の生きた細胞レベルまで分離し、実験室で研究できることを初めて示しています。重要な利点は、これらのミニ脳を培養することで、正常な脳機能と疾患のある脳機能の両方の側面を再現できるだけでなく、人や動物にリスクを与えることなく薬剤や治療法を試験できることです。.
人間の脳の規模は巨大であるため、研究できる脳構造の複雑さという点では依然として明らかな限界がありますが、この新たな神経科学の領域には明らかに SF のような可能性があります。.
近年のコンピューティング能力の飛躍的な向上に伴い、マイクロチップは年々小型化が進んでいる。 ブラウン大学の技術系神経科学者たち は、人間の目では見落としてしまうほど小さなワイヤレスコンピュータを開発した。塩粒ほどの大きさであることから「ニューログレイン」と名付けられたこのマイクロチップは、脳活動の追跡とモニタリングを目的として開発された。
これらの超小型コンピューターは、近くのニューロンの電気活動を記録し、そのデータを無線で送信することができます。目標は、小型センサーのネットワークが脳活動の重要な側面を集合的に追跡し、その情報を近くのハブに送信する、新しいタイプの脳コンピューターインターフェース（BCI）システムの開発でした。.
研究者たちは概念実証実験において、ネットワークを導入し、これまでにないほど高精度にげっ歯類の神経活動を記録することに成功しました。脳信号を前例のないほど詳細に記録するこの技術はまだ初期段階ですが、この技術的ブレークスルーは、身体的な努力なしに脳波を実世界で役立つ行動に変換できるという大きな可能性を秘めています。.
今年、新しいタイプの 微小電極アレイが 、視覚補助装置を介して一種の人工視覚を作り出すために使用されました。ユタ大学ジョン・A・モラン眼科センターの科学者たちは、視覚皮質内の神経活動を記録し、刺激するこの装置を開発しました。
このアレイは眼球内に埋め込まれ、小型ビデオカメラを内蔵した眼鏡を通して視覚情報を受信し、専用のソフトウェアで処理されます。すると、この装置は網膜ニューロンを活性化し、あたかも光点を捉えているかのように閃光を発生させます。これにより、線や図形といった基本的なイメージを脳で認識することが可能になります。.
この方法は全盲の患者を対象に試験され、効果的であることが証明され、手術や神経刺激による合併症もありませんでした。この最初の試験では、1つのアレイのみが使用されました。しかし、次の目標は、7～10個のアレイを使用して、より詳細な画像を提供し、視覚障害者が実際に視覚的に世界を移動できるようにすることです。.
ノースウェスタン大学の研究者らは、新たな種類の「踊る分子」を応用し、重度の脊髄損傷における組織修復と 麻痺の回復に成功した。この「踊る」とは、これらの分子の動きを操作することで、通常は到達不可能な細胞受容体へと巧みに入り込み、神経組織の修復を促すことを意味する。
これらの魔法のような分子は、カスケードシグナルを発動させ、軸索の再生を促し、様々な新しい細胞の誕生を促すことで、損傷後のニューロンの生存を助けます。これは、細胞の治癒に必要な失われた血管の再生をサポートします。.
マウスを用いた試験では、この分子療法を1回注射するだけで、麻痺したマウスは4週間以内に再び歩けるようになりました。ありがたいことに、12週間後（回復が完全に完了してからかなり後）、この物質は副作用なく細胞の栄養源として生分解され、体内から自然に消失します。.
仮想現実（VR）は、私たちが感覚情報をどのように知覚するかを研究するために、心理物理学者によって数十年にわたって利用されてきました。今年、スイス最古の大学であるバーゼル大学の研究者たちは、 高所恐怖症を実際に治療するための仮想現実アプリケーションを。
と呼ばれる Easyheightsこのスマートフォン対応ソフトウェアは、実際の場所の360度画像を用いた曝露療法を提供する。VRヘッドセットを装着したユーザーは、地上1メートルの高さから始まるプラットフォームに立ち、ユーザーが各段階の高さに慣れるにつれてプラットフォームが徐々に上昇していく。恐怖心を高めることなく、高さに対する感覚的な曝露を増やすことで効果を発揮する。
臨床試験では、この没入型治療法の有効性が実証され、実際の高所恐怖症の症状が著しく軽減されました。自宅でわずか4時間のトレーニングで、その効果を実感できました。この発見は、神経科学の知識と最新のテクノロジーを組み合わせることで、人々の生活の質を臨床的に、しかも容易にアクセスできる方法で向上させることができることを示しています。.
まさに今この瞬間にも、マックス・プランク 進化人類学研究所 は、ネアンデルタール人のDNAの複数のバージョンを遺伝子的に移植した「ミニチュア脳」を文字通り構築している。CRISPRとして知られるボトムアップ型の未来的なバイオテクノロジーを用いて 、これらのレンズ豆サイズの ミニ脳 には、幹細胞から培養された生きたニューロンのクラスターが含まれ、実際の脳活動を行うことになる。
これらはコミュニケーションのような複雑な行動には関与しないほど小さいものですが、ネアンデルタール人が持っていたかもしれない基本的な脳活動の違いを明らかにすることが期待されています。このように、遺伝学は神経科学にとって一種の歴史的な望遠鏡を提供し、古代の脳の働きを覗き見ることを可能にしています。これらすべては、数万年もの間骨片に保存されていたDNAから得られるのです。.
もしこれがペトリ皿の中の数個の細胞のような単純なものだと思っているなら…考え直してください。ドイツの研究者たちは、ネアンデルタール人のミニ脳をロボットに接続し、行動出力を観察する計画を立てています。未来のSF映画の筋書きよりもさらに野心的な計画ですが、もし成功すれば、今後数年で何が実現可能になるのか、想像するだけでも驚嘆に値します。ネアンデルタール人のロボット家政婦なんて、どうでしょう？
神経科学者が直面する最大の課題の一つは、生きた脳を研究することが非常に難しいことです。たとえ死後間もない脳であっても、ニューロンは死後数時間で急速に分解し、文字通り崩壊してしまいます。この課題に取り組むため、イェール大学の熱心な神経科学者たちは、 BrainEx。このハイテクなサポートシステムは、死後も髪の毛や爪が成長し続けるように、脳細胞を生き続けさせるように設計されています。
研究者たちはこの技術を検証するため、BrainExを用いて、死後4時間経過した豚の脳のシナプス活動と循環を回復させました。脳は豚から摘出され、独自の保護剤、安定剤、造影剤の混合物を用いた人工血液供給によって蘇生されました。これは、細胞および分子機能の破壊が始まる直前に行われました。下の画像は、死後10時間経過した豚の脳（左）と、蘇生した豚の脳の細胞（右）の違いを示しています。.
いよいよゾンビのパートです。ニューロンは生きていて活動を続けていたものの、脳回路には高次の機能活動が見られませんでした。つまり、生と死が同時に存在していたのです。フランケンシュタインのようなフィクションからノンフィクションへのこの転換は、神経科学がいかにして大きな倫理的問題を哲学的なものから実践的なものへと変化させることができるかを示しています。.
このバイオテクノロジーはゾンビピッグに限ったものではなく、原理的にはあらゆる哺乳類の脳に応用可能です…人間も例外ではありません！この画期的な発見は、人間の心の仕組みに関する実用的な知識を大きく向上させる可能性を秘めています。同時に、死者を蘇らせるという点にも、不気味なほど近づいているようにも見えます。.
さらに刺激的なことに、2019年には脳活動を合成音声に変換できるコンピューターシステムも開発されました。このシステムは、電気生理学的活動を通して神経インパルスを解析し、発話に関わる筋肉の動きを解読することで機能します。 実験 校で行われた カリフォルニア大学サンフランシスコ 、プロトタイプ版はゆっくりと話せば、筋肉の神経信号を通して言語を解釈できることが示されました。
研究者たちは、このバイオテクノロジーを 自然な話し方の速度。とはいえ、脳信号のみを測定していることを考えると、すでに非常に注目すべき成果と言えるだろう。以下は、話者の体性感覚皮質からの脳活動パターンが声道の動きに解読され、それが言語として解釈される様子を示す動画である。
これまで多くの科学者がこの課題の解決に試みてきましたが、失敗に終わりました。これらの研究者たちは、声道のシミュレーションを構築するための人工知能モデルを作成するという斬新なアプローチを採用しました。このAIは、音声実験データのライブラリから自己学習を行い、ニューラルネットワークを訓練して、発声動作から言語を解読できるようにしました。これらの開発は、研究目的のコンピュータプログラムで人間の生物学的特性をシミュレーションする上で重要な一歩となる可能性があります。.
医学的な観点から見ると、脳卒中や麻痺といった喉や神経系の疾患を持つ患者の多くは、発話能力を完全に失う可能性があります。この神経技術をスマートフォンと組み合わせることで、声を失った人々は、話すことを考えるだけで、日常的にリアルタイムで普通に話すことができるようになるかもしれません。.
しかし、このシミュレートされた音声は脳活動のごく一部を読み取るだけで済み、音声は事実上あらゆるコンピューターに送信できるため、スマートフォンとヘッドフォンがあれば、誰でも静かに、そして秘密裏に誰とでもコミュニケーションをとることができる可能性があります。このシステムは双方向通信が可能であるため、人間のテレパシーに対する文字通りのニューロテクノロジーによるソリューションとなります。可能性は無限大です。.
今日の急速に変化する状況におけるリサーチおよび戦略サービスへようこそ。.
クロスワードや数独などのアクティビティが脳の健康を有意に改善するかどうかについて証拠に基づいて議論し、それらが何をサポートし、何をサポートしないかを明らかにし、なぜそのメリットがしばしば誤解されるのかを説明します。.
スポーツパフォーマンスにおける神経科学の役割に関する優れた洞察をご覧ください。.
NeuroTracker 、最も広く研究されている認知トレーニングシステムの一つであり、世界中のトップスポーツ、軍隊、そして人間のパフォーマンス向上の現場で使用されています。20年にわたる神経科学研究に基づいて構築されています。.
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