2020年の神経科学における9つの大きなブレークスルー

科学の多くの分野にとって困難な一年でしたが、神経科学の黄金時代は 2020年を通して加速的なペースで発展を続けました。特に、脳のマッピングに関するSFのような画期的な発見が複数あり、高齢期の健康増進に向けた大きな進展、そしてAIベースの神経科学という新時代の幕開けがありました。それでは、昨年の神経科学における9つの主要な発見を見ていきましょう。

1. ライブ3D脳機能マッピング

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。.

2. 脳内で意思決定が行われる様子を見る

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。.

3. 人工脳の睡眠における画期的な進歩

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。.

4. 小さなインプラントで麻痺患者がコンピューターを操作できるようになる

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。.

5. 神経科学者が正常なニューロンを再生ニューロンに変える

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。

6. 神経変性の予防

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。

7. パーキンソン病は2つの異なる病気のうちの1つである

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」。

8. AIが脳損傷の診断を進歩させる

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。.