2022年の神経科学における7つの大きなブレークスルー

神経科学研究はここ10年ほど盛んに行われてきましたが、2022年は例外的な年となり、ここ数年で最大の神経科学のブレークスルーがいくつかありました。ここでは、神経科学が私たちの生活、ひいては人生そのものの定義さえも変革する可能性を示す7つの発見をご紹介します。.

1. 人間の脳は量子コンピューティングを利用する

これらの心拍型脳波の特徴は、人間の脳が量子コンピューティングを利用していることを示す初めての間接的な証拠です。脳波誘発電位は、人間の脳から量子スピンを探すために設計された特殊なMRI技術によって検出されました。.

これらは現在、脳内の核陽子スピンが量子もつれを起こしているとしてのみ説明できる。この発見を主導した物理学者は次のように要約した。

「私は今、この世界で生きている」素晴らしい、素晴らしい、素晴らしい𝙞𝙣𝙩𝙚𝙧𝙖𝙘𝙩 𝙬𝙞𝙩𝙝 𝙖𝙣 𝙪𝙣𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢. 𝙄𝙛 𝙩𝙝𝙚 𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢𝙨 𝙚𝙣𝙩𝙖𝙣𝙜𝙡𝙚 ''私はただ生きているだけです、エヴァ。''

この場合、既知のシステムは脳水（脳脊髄液）であり、未知のシステムは脳でした。.

さらに、エンタングルメントのレベルは短期記憶のパフォーマンスや意識的な認識と相関関係にあるため、高次の認知機能の重要な部分を形成する可能性が高いと考えられます。.

量子プロセスはヒト以外の生物学において既に確立されています。例えば、量子トンネル効果がなければ、光合成、ひいては地球上のほとんどの生命は存在しなかったかもしれません。.

この研究は、人間の量子生物学の最初の証拠ではありません。.

クリプトクロムは、三重項状態の量子もつれを利用して、地球の磁場を地図のように読み取るメカニズムであることが確立されている。人間の目にもクリプトクロムは存在するが、進化の過程で不活性化されたと考えられている。

この研究の発見は、神経科学におけるパラダイムシフトの始まりとなる可能性があり、また、機械ベースの量子コンピューティングと汎用人工知能を進化させる重要な方法を明らかにするものとなる可能性がある。.

研究：非古典的な脳機能の実験的兆候、クリスチャン・マティアス・ケルスケンス、デビッド・ロペス・ペレス。

2. ヒトと動物の脳の統合

歴史上初めて、動物は統合脳移植によって人間の知能の一部を獲得するかもしれない。.

オルガノイド（またはアセンブロイド）は、通常は皮膚由来の幹細胞から培養された、機能的なニューロンの集合体です。動物やヒトの脳を模したこれらの比較的複雑な生体脳構造は、実際の脳の外で、実験室における神経メカニズムの研究に用いられます。

しかし、その研究価値は、その成長できるサイズと複雑さによって大きく制限されています。この問題を克服するために、Nature誌に掲載された新たなアプローチでは、ヒト大脳皮質オルガノイドを生きたラットの脳に移植しました（上の写真）。.

統合から6ヶ月後、ヒトニューロンは新たな成熟段階に達し、試験管内での6倍の大きさに成長しました。その活動は、ヒトの脳で観察されるより洗練された行動のいくつかをよりよく模倣していました。.

追加の実験では、研究者らはオプトジェネティクスを、ラットが報酬を求める頻度に影響を与えることに成功した。

この新しい生物学研究分野、さらには生物学そのものは、魅力的ではあるものの、このようなハイブリッド生物をどのように分類するかという点も含め、倫理的な問題をはらんでいる可能性がある。.

研究：移植されたヒト皮質オルガノイドの成熟と回路統合、Omer Revah et al.Stu

3. シリコン生物学的知覚

このビデオは見た目以上のものです。これは、シミュレーションゲームのプレイ方法を学習する生物学的ニューロンとシリコンチップの融合に初めて成功した例です。.

先ほど見てきたように、オルガノイドは現在、科学分野の中で最も急速に進化している分野の一つです。この研究は、ヒトとげっ歯類のオルガノイドをコンピューターチップと組み合わせることで、異なるながらも同様に驚くべき方向へと進んでいます。.

「合成生物学的知能」（SBI）と呼ばれるこの技術の目標は、かつては相反していた知能を相乗的に融合させることだ。.

特に研究者たちは、従来のコンピューティングでは実現できなかったオルガノイドに見られる三次複雑性の力を引き出すことを目指しました。さらに、神経培養における知覚の正式な定義を確立し、感覚フィードバック学習を効果的に実証することを目指しました。.

本研究では、in vitroオルガノイドを高密度多電極アレイを介して「in silico」コンピューティングと統合しました。電気生理学的刺激による閉ループ構造化フィードバックを用いて、「BrainDish」と名付けられた実験を、象徴的なコンピュータゲーム「ポン」のシミュレーションに組み込みました。.

集合体中のニューロンが外部刺激に適応的に反応する能力は、あらゆる動物の学習の基礎です。この最初の実験は非常に基本的なシミュレーションですが、目標指向行動を通して、シミュレーションされたゲーム世界における知的かつ感覚的な行動を実証しました。.

このアプローチは、脳が世界とどのように相互作用するかを説明する理論を支持したり、異議を唱えたりするための、また一般的な知能を研究するための有望な新しい研究手段を提供します。.

研究：試験管内ニューロンは、シミュレーションされたゲームの世界に組み入れられると学習し、知覚力を発揮する、Brett J. Kagan 他

4. ヒラメ筋プッシュアップ

研究者たちは、2022年に人類の健康にとって画期的な発見となる可能性のある発見をしました。筋肉は私たちの体の中で最も大きな除脂肪量ですが、全身の酸化代謝の観点から見ると、安静時のブドウ糖燃焼率はわずか15%に過ぎません。これは、座りすぎによる健康リスク。

ヒラメ筋はふくらはぎの小さな筋肉で、重さはわずか1キログラムですが、これまで知られていなかった特別なメカニズムを内蔵しています。ヒューストン大学の新たな研究では、この特定の筋肉を正確に活性化すると、全身のグルコース代謝が30～45%まで劇的に上昇することが示されました。これは、ヒラメ筋を実際に収縮させることによるエネルギー消費がごくわずかであるにもかかわらず実現されます。.

このエクササイズは、足の指の付け根を床につけたまま、かかとを単純に繰り返し持ち上げる動作で、床に座った状態でも、椅子に座った状態でも行うことができます。「ヒラメ筋プッシュアップ」と呼ばれており、これまで知られていなかったエネルギー源の混合が活性化されることが知られています。

興味深いことに、このタイプのヒラメ筋の収縮は歩行中や走行中には停止します。そのため、下肢のエネルギー消費量もトレッドミルで検査しました。.

驚くべきことに、ヒラメ筋を使った腕立て伏せは、ランニングの2倍以上、ウォーキングの10倍以上の酸素を消費しました。この効果は22歳から82歳までの成人に見られました。.

重要なのは、ふくらはぎの小さな筋肉を活性化することで、全身の代謝調節を大幅に改善できるということです。これらの研究結果は、定期的に運動する人を含め、長時間の座位による重大な健康リスクに対抗するための、広く利用でき実用的な方法を示しています。.

研究：ヒラメ筋の酸化代謝を増強および維持する強力な生理学的方法により、グルコースおよび脂質の調節が改善される、Marc T. Hamiliton 他

5. 潜在的神経可塑性におけるブレークスルー

『ネイチャー』誌に掲載された偶然の新しい発見により、成体哺乳類の脳における神経可塑性に関する新たな重要な特徴が明らかになった。.

MTIの神経科学者チームは、ニューロンの樹状突起が、その位置に応じてシナプス入力をどのように異なる方法で処理するかを明らかにするために、マウスの脳を研究していました。この研究には非常に高解像度の技術が必要となるため、彼らは偶然にもサイレントシナプスと呼ばれるフィロポディア、樹状突起の先端に

主任研究者は次のようにコメントした。

「私はただ、あなたを愛している、あなたを愛している、「私は天使ガブリエルを崇拝しています。」

シナプスは、脳がほぼ無限の構成で柔軟に配線することを可能にする神経機構です。しかし、既に機能的に配線されたシナプスは、分離して再配線するために高い刺激閾値を必要とします。.

サイレントシナプスは閾値が非常に低く、本質的に他のニューロンと接続する準備ができています。しかし、フィロポディアはこれまで非常に幼い脳にのみ存在すると考えられていました。そのため、成人の脳がどのようにして高いレベルの神経可塑性を維持できるのか、そのメカニズムについて多くの疑問が残されていました。.

に対して非常に敏感であることも判明しておりヘッブ可塑性、1つのニューロンが他のニューロンのシナプス可塑性に直接影響を与えることができる。

この発見は、機能的連結がこの新しいメカニズムによってどのように駆動されるかについての新たな理解をもたらし、成熟した脳の学習能力を拡張するシナプス配線の柔軟な制御を可能にします。.

また、新しい記憶がどのように形成されるかについても説明します。.

「私は今、この世界で生きている」素晴らしい、素晴らしい音楽𝙧𝙚𝙡𝙚𝙫𝙖𝙣𝙩 𝙣𝙚𝙪𝙧𝙤𝙣𝙨 𝙖𝙧𝙚 𝙨𝙩𝙧𝙚𝙣𝙜𝙩𝙝𝙚𝙣𝙚𝙙. 𝙏𝙝𝙞𝙨 𝙡𝙚𝙩𝙨 𝙩𝙝𝙚 𝙗𝙧𝙖𝙞𝙣 𝙘𝙧𝙚𝙖𝙩𝙚 𝙣𝙚𝙬芸術と文化「もしあなたがたが、あなたがたのうちの一人であれば、あなたはわたしの子である。」

この研究から得られる重要なポイントは、私たちの脳は神経解剖学的に準備されており、成人期を通じて高度な適応性を維持し、変革を起こす準備ができている可能性があるということです。.

研究：フィロポディアは成人の新皮質におけるサイレントシナプスの構造的基質である、ディミトラ・ヴァルダラキ、クァンフン・チョン、マーク・T・ハーネット

6. 電気刺激による認知能力の向上

経頭蓋直流刺激（tDCS）とは、頭皮に弱い電気刺激を与えることで脳活動を高める治療法で、非公式には「脳の電気刺激」とも呼ばれています。この技術自体は以前から存在しており、例えばDARPA（米国防高等研究計画局）は10年ほど前に研究を行っていました。研究対象は主に健康な人や高いパフォーマンスを発揮する人でしたが、説得力のある証拠はほとんど得られていません。

つい最近発表された研究によれば、この方法のメリットは、実は記憶障害のある高齢者に特有のものである可能性が示唆されている。.

研究者らは、高齢者と記憶障害のある高齢者を比較し、作業記憶容量の総合的な複合評価として記憶トレーニングの効果を評価した。.

その結果、すべての個人がトレーニング中にパフォーマンスが向上したのに対し、ワーキングメモリトレーニングを伴う tDCS は、ワーキングメモリ容量が低い高齢者 (OO) に選択的に効果があったことがわかりました。.

興味深いことに、研究者らは、tDCS 刺激によるパフォーマンスは若い高齢者では悪く、実際には模擬刺激による作業記憶スコアが有意に高かったことも発見しました。.

さらなる研究が必要ですが、これは神経刺激または神経調節の利点が神経学的に非常に特異的である可能性があることを示すまれな証拠である可能性があります。.

さらに、経頭蓋交流電流刺激（tACS）と呼ばれる同様の電気刺激技術は、認知において意味のある変化を引き起こすことができることを初めて示しました。

Nature誌に掲載された研究では、65歳から88歳までの150人が、脳に電気ショックを与えながら、20分間の単語リスト記憶想起課題を実施しました。この課題は4日間にわたって繰り返されました。.

結果は、偽刺激とは対照的に、記憶力が4日間で向上し、その向上は1か月後も持続したことを示しました。.

おそらくより説得力のあるのは、長期記憶に関連する前頭前皮質領域を刺激対象とした場合、リストの冒頭にある単語の想起能力が向上したことです。一方、作業記憶に関連する頭頂葉領域を刺激対象とした場合、リストの末尾に近い単語の想起能力が向上しました。.

この結果は、この分野の他の研究よりもはるかに説得力があります。これは、ザッピングが1回のセッションではなく、数日間にわたって行われたためかもしれません。いずれにせよ、tACSは脳機能の改善にプラスの役割を果たす可能性があるようです。.

研究 1: ワーキングメモリ容量が低い高齢者は、ワーキングメモリトレーニングと組み合わせた経頭蓋直流刺激から恩恵を受ける、Sara Assecondi 他

研究 2: 反復神経調節による高齢者の作業記憶と長期記憶の持続的かつ分離可能な改善、Shey Grover 他

7. 認知トレーニングは成長マインドセットを高める

脳トレーニングアプリケーションの有効性については多くの科学的議論がありましたが、新たな研究では、4 週間の認知トレーニング介入により 7 ～ 10 歳の子供の成長マインドセットが大幅に強化されることが確実に実証されました。.

成長マインドセットは、次のような努力によって知能が変化できるという信念に基づいています。

- 学習意欲の向上

- 努力に対する肯定的な見方

- 挑戦する意欲

成長マインドセットの事前・事後評価に加え、トレーニング前後に詳細なfMRIスキャンを実施しました。評価への直接的な転移に加え、スキャンの結果、認知制御、モチベーション、記憶に重要な複数の脳領域において、肯定的な神経学的変化が明らかになりました。.

の可塑性は、皮質線条体回路どの子供が訓練から最も多くの恩恵を受けたかを予測する強力な指標として浮上した。

トレーニング前の成長マインドセットの指標は、トレーニング後の数学スキルの向上とも関連しており、成長マインドセットのレベルが高いほど、トレーニング後の数学の成績が向上することを示唆しています。しかし興味深いことに、トレーニング前の数学スキルが低かった子供は、トレーニングによって成長マインドセットが大きく向上することが示されています。.

幼少期における成長マインドセットへの肯定的な影響は子供の発達軌道に多大な影響を及ぼす可能性があるため、結果は、認知トレーニング介入が人生の全体的な成果を向上させる可能性があることを示しています。.

研究：認知トレーニングは皮質線条体回路の可塑性を通じて子供の成長マインドセットを強化する、Lang Chen 他

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