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神経科学の研究は過去 10 年ほどにわたって盛んに行われてきましたが、2022 年は、ここ数年で最大の神経科学の進歩が見られた例外的な年となりました。私たちの生活、さらには人生そのものの定義さえも変える神経科学の可能性を示す 7 つの発見をご紹介します。
これらの心拍形式の EEG 署名は、人間の脳が量子コンピューティングを使用していることを示す最初の間接的な証拠です。 EEG誘発電位は、人間の脳から絡み合ったスピンを探すように設計された特別なMRI技術を介して検出されました。
それらは現在、量子もつれが生じた脳内で核陽子が回転することとしてのみ説明可能である。主任物理学者が調査結果を要約し、
"𝙒𝙚𝙖𝙙𝙖𝙥𝙩𝙚𝙙𝙖𝙣𝙖𝙙𝙖𝙥𝙩𝙚𝙙、𝙙𝙚𝙫𝙚𝙡𝙤𝙥𝙚𝙙、𝙙𝙚𝙫𝙚𝙡𝙤𝙥𝙚𝙙𝙙𝙚𝙫𝙚𝙡𝙤𝙥𝙚𝙙𝙚𝙭𝙥𝙚𝙧𝙞𝙢𝙚𝙣𝙩𝙨𝙩𝙤𝙥𝙧𝙤𝙫𝙚𝙩𝙝𝙚𝙤𝙛𝙦𝙪𝙖𝙣𝙩𝙪𝙢、𝙬𝙝𝙚𝙧𝙚𝙗𝙮𝙬𝙝𝙚𝙧𝙚𝙗𝙮𝙮𝙤𝙪𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣𝙦𝙪𝙖𝙣𝙩𝙪𝙢、𝙬𝙝𝙞𝙘𝙝𝙬𝙝𝙞𝙘𝙝𝙬𝙝𝙞𝙘𝙝𝙬𝙝𝙞𝙘𝙝𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢𝙄𝙛𝙄𝙛𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢𝙨、
この場合、既知のシステムは脳水（脳液）であり、未知のシステムは脳でした。
さらに、もつれのレベルは短期記憶のパフォーマンスや意識と相関しているため、それらは私たちの高次の認知機能の重要な部分を形成している可能性があります。
量子プロセスは、人間以外の生物学において十分に確立されています。たとえば、量子トンネリングがなければ、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もありません。
クリプトクロムは、地図のように地球の磁場を読み取ることを可能にするメカニズムとして確立されています。人間の目もクリトクロムを持っていますが、私たちの進化のある時点で、それらは不活性化されました。
この研究の結果は、神経科学におけるパラダイムシフトの始まりを示すとともに、マシン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ための重要な方法を明らかにする可能性がある。
研究:非古典的脳機能の実験的兆候、クリスチャン・マティアス・ケルケンスとデヴィッド・ロペス・ペレス。
歴史上初めて、動物は統合的脳移植によって人間の知性の一部を獲得している可能性があります。
オルガノイド(または集合体) は、通常は皮膚ベースの幹細胞から in vitro で増殖した機能するニューロンのクラスターです。これらの比較的複雑な生きた脳の構造は、動物または人間である可能性があり、実際の脳の外の研究室で神経力学を研究するために使用されます。
ただし、その研究価値は、成長する可能性のある規模と複雑さによってかなり制限されます。この問題を克服するために、Nature誌に発表された新しいアプローチでは、人間の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 か月後、ヒトのニューロンは新たな成熟段階に達し、in vitro で可能であったものの 6 倍の大きさに成長しました。彼らの活動は、人間の脳で観察されたときに見られるより洗練された行動のいくつかをよりよくエミュレートしていました。
追跡実験で、研究者らは光遺伝学、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。
魅力的ではありますが、生物学研究のこの新しい領域、さらには生物学そのものは、そのようなハイブリッド生物を分類する方法を含めて、倫理的な複雑さをはらんでいます。
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
このビデオは見た目以上のものです。実際、シミュレートされたゲームをプレイすることを学習する生物学的ニューロンとシリコンチップのハイブリッド化に初めて成功しました。
これまで見てきたように、オルガノイドは現在、最も急速に進化している科学分野の 1 つです。この研究は、人間とげっ歯類のオルガノイドを組み合わせたものをコンピューターチップで合成するという、これまでとは異なる、しかし同様に気が遠くなるような方向に進んでいます。
「合成生物学的知能」(SBI) と呼ばれるこの目標は、かつては異なっていたこれらの知能の形態を相乗的に融合することです。
特に、研究者らは、従来のコンピューティングでは決して達成できなかった、オルガノイドに見られる三次の複雑さの力をもたらそうとしました。さらに、神経文化における知覚の正式な定義を達成し、感覚フィードバック学習を効果的に実証します。
この研究では、インビトロオルガノイドは、高密度の多電極アレイを介して「インシリコ」コンピューティングと統合されました。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使用して、「BrainDish」と名付けられた実験が、象徴的なコンピューター ゲーム Pong のシミュレーションに組み込まれました。
集合体内のニューロンが外部刺激に適応的に反応する能力は、すべての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、目標指向の行動を通じて、シミュレートされたゲーム世界における知的で知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、理論に異議を唱えたり、知能全般を研究したりするための、有望な新しい研究手段を提供します。
研究: in vitro ニューロンは、シミュレートされたゲーム世界に組み込まれたときに知覚力を学習し、発揮します、Brett J. Kagan et al.
研究者たちは、2022 年の人間の健康にとって画期的な発見をする可能性があります。筋肉は私たちの体の中で最大の除脂肪体重ですが、全身の酸化代謝という観点から見ると、安静時に筋肉が燃焼するブドウ糖はわずか 15% です。、座りすぎによる健康リスクと関連しています。
ヒラメ筋はわずか 1 キロの小さなふくらはぎの筋肉ですが、これまで知られていなかった特別な機構が組み込まれています。ヒューストン大学の新しい研究では、この特定の筋肉が正確に活性化されると、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、実際にヒラメ筋を収縮させる際のエネルギー消費が無視できる程度で起こります。
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持ち上げる単純な反復運動で、床または椅子に座った状態で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、これまで発見されていなかった燃料混合物の使用を引き起こします。
興味深いことに、このタイプのヒラメ筋の収縮は、歩いたり走ったりしている間は非活性化されます。したがって、下肢のエネルギー筋消費量もトレッドミルでテストされました。
注目すべきことに、ヒラメ筋の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。効果は22～82歳の成人に認められた。
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、長時間座ることによる重大な健康リスクに対抗するための、広く利用可能で実用的な方法を明らかにしました。
研究:ヒラメ筋の酸化代謝を拡大および維持する強力な生理学的方法により、グルコースと脂質の制御が改善されます、Marc T. Hamiliton ら。
『Nature』誌に掲載された偶然の新発見により、成体哺乳類の脳における神経可塑性の主要な新しい特徴が明らかになりました。
MTI の神経科学者のチームは、ニューロンの樹状突起がその位置に応じてさまざまな方法でシナプス入力をどのように処理するかを示すためにマウスの脳を研究していました。これには非常に高解像度の技術が必要であるため、彼らは偶然にも、樹状突起の先端に糸状仮足として知られるサイレントシナプスを
主任研究者は次のようにコメントしました。
” 「 𝙩𝙝𝙖𝙩𝙩𝙝𝙚𝙧𝙚 𝙧𝙚。」
シナプスは、脳がほぼ無限の構成で柔軟に配線できるようにする神経機構です。ただし、すでに機能的に配線されているシナプスは、結合を解除して再配線するために高い閾値の刺激を必要とします。
サイレントシナプスの閾値は非常に低く、基本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、以前は糸状仮足は非常に若い脳にのみ存在すると考えられていました。このため、成人の脳がどのようにして依然として高レベルの神経可塑性を維持できるのかというメカニズムについて多くの疑問が残されました。
、あるニューロンが別のニューロンのシナプス可塑性に直接影響を与える可能性があるヘブ可塑性に対して非常に敏感であることも判明しました
この発見は、機能的接続がこの新しいメカニズムによってどのように駆動され、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するかについて新たな理解を提供します。
新しい記憶がどのように形成されるのかについても説明します。
「𝙏𝙝𝙚𝙨𝙚𝙨𝙞𝙡𝙚𝙣𝙩𝙨𝙞𝙡𝙚𝙣𝙩𝙨𝙮𝙣𝙖𝙥𝙨𝙚𝙨」、𝙖𝙣𝙙、𝙖𝙣𝙙𝙬𝙝𝙚𝙣𝙬𝙝𝙚𝙣𝙞𝙢𝙥𝙤𝙧𝙩𝙖𝙣𝙩𝙣𝙚𝙬𝙞𝙣𝙛𝙤𝙧𝙢𝙖𝙩𝙞𝙤𝙣、𝙘𝙤𝙣𝙣𝙚𝙘𝙩𝙞𝙤𝙣𝙨𝙘𝙤𝙣𝙣𝙚𝙘𝙩𝙞𝙤𝙣𝙨𝙗𝙚𝙩𝙬𝙚𝙚𝙣𝙩𝙝𝙚𝙖𝙧𝙚𝙖𝙧𝙚。 𝙏𝙝𝙞𝙨𝙡𝙚𝙩𝙨 𝙩𝙝𝙚 𝙧𝙞𝙚𝙨𝙬𝙞𝙩𝙝𝙤𝙪𝙩フォローする「」
この研究から得られる重要な点は、私たちの脳は神経解剖学的に、成人期を通じて高度な適応性を維持できるように準備されており、潜在的に変革を起こす準備ができているということです。
研究:糸状仮足は成人新皮質における沈黙のシナプスの構造基質である、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
経頭蓋直流刺激(tDCS) では、頭皮に弱い電気刺激を加えて脳の活動を潜在的に高めることが含まれており、あまり科学的には知られていない「脳ザッピング」とも呼ばれます。これは以前から存在しており、たとえば DARPA は約 10 年前に研究しました。研究のほとんどは健康な集団またはパフォーマンスの高い集団に焦点を当てていましたが、説得力のある証拠はほとんど見つかりませんでした。
今回発表された研究では、この方法の利点は実際には記憶力に問題のある高齢者に特有である可能性があることが示唆されています。
研究者らは、高齢者と記憶力に問題のある高齢者を比較し、作業記憶能力の全体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。
彼らは、すべての人がトレーニング中にパフォーマンスを向上させたのに対し、作業記憶トレーニングを伴う tDCS は、作業記憶能力が低い高齢者 (OO) に選択的に利益をもたらすことを発見しました。
興味深いことに、彼らはまた、tDCS刺激によるパフォーマンスは、より若い高齢者では悪かったが、実際には偽刺激で有意に高い作業記憶スコアを示したことも発見した。
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稀な証拠である可能性があります。
さらに、経頭蓋交流刺激（tACS）と呼ばれる同様の電気刺激技術が、認知において有意義な変化を引き起こす可能性があることを初めて示した。
Nature に掲載された研究では、65 歳から 88 歳までの 150 人が、脳をザッピングさせながら 20 分間続く単語リストの記憶を呼び出すタスクを実行しました。これを4日間繰り返しました。
偽の刺激とは対照的に、結果は4日間で記憶力が向上し、その向上は1か月後も持続することを示しました。
おそらくより説得力があるのは、長期記憶に関連する前頭前野領域が刺激の対象となった場合、リストの先頭の単語を思い出すパフォーマンスが向上したということです。作業記憶に関係する頭頂葉領域をターゲットにすると、リストの最後に近い単語の再現率が高まりました。
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である可能性があります。いずれにしても、tACS は脳機能の改善に積極的な役割を果たすことができるようです。
研究 1:作業記憶能力が低い高齢者は、作業記憶トレーニングと組み合わせた場合、経頭蓋直流刺激から恩恵を受ける、Sara As Secondi et al.
研究 2:反復的な神経調節を伴う高齢者の作業記憶と長期記憶における長期にわたる解離性の改善、Shey Grover ら。
効率的な脳トレーニングの応用については多くの科学的議論が行われてきましたが、新しい研究では、4週間の認知トレーニング介入が7～10歳の子供の成長マインドセットを大幅に強化できることが確実に実証されました。
成長マインドセットは、次のことに関連する努力によって人の知性が変化する可能性があるという信念に基づいています。
- 学習意欲の増加
- 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前後評価を使用するだけでなく、トレーニングの前後に詳細な fMRI スキャンが実行されました。評価における直接的な転移に加えて、スキャンにより、認知制御、モチベーション、記憶に重要な脳の複数の領域における肯定的な神経学的変化が明らかになりました。
皮質線条体回路の可塑性は、どの子供がトレーニングから最も恩恵を経験するかを示す強力な予測因子として浮上しました。
トレーニング前の成長マインドセットの尺度は、トレーニング後の数学スキルの向上にも関連しており、成長マインドセットのレベルが高いとトレーニングによる数学パフォーマンスの向上につながることが示唆されました。しかし興味深いことに、トレーニング前に数学的スキルが低い子供たちは、トレーニングに応じて成長マインドセットがより大きく向上したことを示しています。
幼い頃の成長に対する考え方にプラスの影響を与えると、子どもの発達軌道に大きな影響を与える可能性があるため、この結果は、認知トレーニング介入が人生全体の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どもの成長マインドセットを強化する、Lang Chenら。
ここでは、あなたが知らないかもしれない人間の脳に関する興味深い神経科学の発見をいくつか紹介します。
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