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神経科学は、科学の中で最も急速に進歩している分野の 1 つであるだけでなく、最も多様性のある分野の 1 つでもあります。 2023 年には、幅広い分野にわたって多くの魅力的な研究が加速しました。ここでは、人間の脳と、私たちが相互作用するために脳を使用する世界についての理解を形作ることを約束するブレークスルーのハイライトをいくつか紹介します。
伝統的に、脳の電気活動は、信号発火を介して電気活動を生成するニューロンの下流にあると考えられています。しかし、ジョン・ホプキンスとマサチューセッツ工科大学の神経科学者による新しい論文は、これらの電気信号が実際に脳を細胞内レベルまで再構築できるという理論を提案しています。
「細胞電結合」と呼ばれるこの理論は、神経ネットワークの活動によって生み出される脳の電場が、ニューロンの細胞内成分の物理的構成に影響を与え、ネットワークの安定性と効率を最適化できる可能性があることを提案している。
これは、神経ネットワークにおけるリズミカルな電気活動または「脳波」と、分子レベルでの電場の影響がどのように脳の機能を調整し、調整できるかを示した以前の研究に基づいています。
微小管および分子レベルで電気的に誘発されるこの種の神経可塑性は、人間の認知がなぜ非常に柔軟であるかを理解するための別の道を提供します。
これがどのように達成されるかについて概説されているメカニズムには、電気拡散、機械変換、電気エネルギー、位置エネルギー、および化学エネルギー間の交換が含まれます。
主任研究者は次のように要約しています。 𝙬𝙤𝙧𝙡𝙙、𝙞𝙩𝙨𝙥𝙧𝙤𝙩𝙚𝙞𝙣𝙨 𝙝𝙖𝙣𝙜𝙚𝙩𝙤𝙤。 𝙏𝙝𝙚𝙮𝙘𝙖𝙣 𝙝𝙖𝙫𝙚 𝙣𝙚𝙚𝙙𝙩𝙤𝙘𝙖𝙩𝙘𝙝𝙪𝙥 𝙧𝙤𝙘𝙚𝙨𝙨、𝙨𝙩𝙤𝙧𝙚、𝙖𝙣𝙙よろしくお願いします。 🙄𝙣𝙩𝙚𝙧𝙖𝙘𝙩𝙞𝙣𝙜 「」
今年の初めに、量子のもつれが高次の認知に関連していることが発見され、ニューロンのレベルを超えたこの種の新しいパラダイムが、神経科学を次のレベルに進歩させる鍵となる可能性があるようです。
𝗖𝘆𝘁𝗼𝗲𝗹𝗲𝗰𝘁𝗿𝗶𝗰𝗰𝗼𝘂𝗽𝗹𝗶𝗻𝗴：𝗘𝗹𝗲𝗰𝘁𝗿𝗶𝗰𝗳𝗶𝗲𝗹𝗱𝘀𝗳𝗶𝗲𝗹𝗱𝘀𝘀𝗰𝘂𝗹𝗽𝘁𝗮𝗰𝘁𝗶𝘃𝗶𝘁𝘆𝗮𝗻𝗱 "𝘁𝘂𝗻𝗲”𝘁𝗵𝗲 '
Nature Nanotechnologyに掲載された論文は、神経膠芽腫癌を治療するための脳細胞における量子生物学的トンネリングの操作による新しい健康治療パラダイムを示唆しています。
研究者らは、量子力学的事象が生物の機能の基礎となる特定の生物学的プロセスにおいて重要な役割を果たしているというこれまでの証拠に基づいて技術を開発した。この方法には、金の双極ナノ電極 (バイオ ナノアンテナと呼ばれる) を外科的治療部位にスプレーして送達することが含まれます。
次に、個々の腫瘍細胞の電場を特異的に標的にして刺激する正確な電場が適用されます。これにより、電子トンネリングの操作によって 1 つの電子が移動し、細胞のタンパク質の状態が変化します。これは量子生物学的電子移動 (QBET) として知られる現象です。
これにより、がん細胞にプログラムされた細胞死 (アポトーシス) を活性化する信号が送られます。正常な脳細胞は電気刺激に対して鈍感ですが、腫瘍細胞は非常に敏感です（研究者らは、これは遺伝子経路の発現が変化しているためであると仮定しています）。
事実上、これは癌細胞の死滅を促進する無線電気分子通信ツールを表します。このアプローチは従来の手術と比較して侵襲性が最小限であり、腫瘍細胞が健康な細胞の中で増殖しすぎているために手術が選択肢にない場合に使用できます。
研究者らは、刺激の電気周波数と電圧のさまざまな側面により、さまざまな種類のがん細胞を標的にすることができると提案しています。
電気刺激を促進するためのバイオナノアンテナの送達方法にはいくつかの制限があるかもしれないが、この研究は量子レベルでの細胞生物学の変化を利用する量子医療療法の最初の実証となるようだ。
まだ初期の段階かもしれないが、研究著者のフランキー・ローソン氏は発見の広範な重要性を要約した。
「𝑨𝒔𝒕𝒉𝒆𝑨𝒔-𝒆𝒗𝒆𝒓𝒑𝒐𝒔𝒔𝒊𝒃𝒍𝒆𝒑𝒐𝒔𝒔𝒊𝒃𝒍𝒆𝒄𝒂𝒏𝒄𝒆𝒓𝒕𝒓𝒆𝒂𝒕𝒎𝒆𝒏𝒕𝒕𝒐𝒕𝒐𝒎𝒆𝒄𝒉𝒂𝒏𝒊𝒄𝒂𝒍、𝒕𝒉𝒊𝒔𝒕𝒉𝒊𝒔𝒕𝒉𝒊𝒔𝒓𝒆𝒑𝒓𝒆𝒔𝒆𝒏𝒕𝒘𝒐𝒓𝒍𝒅𝒘𝒐𝒓𝒍𝒅𝒘𝒐𝒓𝒍𝒅𝒔、
𝗪𝗶𝗿𝗲𝗹𝗲𝘀𝘀– –𝗺𝗼𝗹𝗲𝗰𝘂𝗹𝗮𝗿𝗺𝗼𝗹𝗲𝗰𝘂𝗹𝗮𝗿𝘀𝗶𝗴𝗻𝗮𝗹𝗹𝗶𝗻𝗴𝗳𝗼𝗿𝗰𝗲𝗹𝗹𝗰𝗲𝗹𝗹
嗅覚を介した認知刺激の潜在的な利点を調査した新しい研究により、睡眠中の老化における脳の機能的利点に関する有望な発見が明らかになりました。
この研究の主な目的は、嗅覚の強化が健康な高齢者の認知機能にプラスの影響を与えるかどうかを調査することでした。研究者らは、嗅覚が記憶に関連する脳領域に独特にアクセスすることで、特定の記憶回路が正常化され、認知能力に利益をもたらす可能性があると仮説を立てた。
参加者は夜間のセッション中に限られた種類の臭気のみにさらされていたにもかかわらず、この研究では説得力のある結果が得られました。強化された参加者は、言語学習と記憶関連の能力を評価するレイ聴覚言語学習テスト（対照群と比較）の成績が 226% 向上しました。
より具体的には、DTI前後のfRMIスキャンにより、通常は加齢や神経変性状態で悪化する鉤状束領域の陽性変化など、脳の構造変化が明らかになりました。
この研究ではまた、60歳から72歳までの嗅覚刺激を受けた参加者は、それより上の年齢の参加者よりも顕著な認知機能の改善を経験したことも明らかになり、加齢によるメリットは積極的に得られる可能性があることを示唆しています。
重要な点は、受動的な感覚刺激を活用することで、高齢化社会に適した方法で安全かつアクセスしやすく脳の健康と認知機能を改善できる可能性があるということです。
𝗢𝘃𝗲𝗿𝗻𝗶𝗴𝗵𝘁𝗼𝗹𝗳𝗮𝗰𝘁𝗼𝗿𝘆𝗲𝗻𝗿𝗶𝗰𝗵𝗺𝗲𝗻𝘁𝘂𝘀𝗶𝗻𝗴𝘂𝘀𝗶𝗻𝗴𝗮𝗻𝗼𝗱𝗼𝗿𝗮𝗻𝘁𝗶𝗺𝗽𝗿𝗼𝘃𝗲𝘀𝗮𝗻𝗱𝗮𝗻𝗱𝗺𝗼𝗱𝗶𝗳𝗶𝗲𝘀𝘁𝗵𝗲𝗳𝗮𝘀𝗰𝗶𝗰𝘂𝗹𝘂𝘀
脳深部刺激には多くの治療効果が期待できますが、埋め込まれた電極の侵襲性や、どのようなニューロンを興奮させるかについての精度の欠如などが大きな障壁となっています。超柔軟な刺激ナノ電子スレッド (StimNET) のエンジニアリングによる大きな進歩が Cell Reports に掲載されました。
この新しいタイプの電極は、従来のインプラントよりも一桁小さく、したがってはるかに正確です。この論文は、StimNET がいくつかの重要な利点を持っているというラットおよび第一段階のヒト試験における実験的証拠を示しています。
• 正確な慢性刺激が可能な超柔軟な電極
• 超低電流での空間選択的な神経活性化
• 8 か月以上安定した動作検出可能性
• 神経変性のない無傷の組織電極インターフェース
特に、StimNET は、ニューロンの大きなクラスターを活性化するのではなく、個々のニューロンを選択的に刺激できます。これは、混雑した部屋にいる人にメッセージを伝える必要があり、それを拡声器の代わりに電話で行うことができるのと少し似ています。
脳深部刺激を実用化する大きな可能性を示すだけでなく、このニューロテクノロジーの選択的精度により、研究者はどのタイプの電気刺激が特定の神経学的症状に役立つかをより正確に知ることができます。
𝗟𝗼𝘄-𝘁𝗵𝗿𝗲𝘀𝗵𝗼𝗹𝗱、𝗵𝗶𝗴𝗵-𝗿𝗲𝘀𝗼𝗹𝘂𝘁𝗶𝗼𝗻、 𝗼𝗻𝗶𝗰𝗮𝗹𝗹𝘆 𝘀𝘁𝗮𝗯𝗹𝗲 𝗿𝗼𝘀𝘁𝗶𝗺𝘂𝗹𝗮𝘁𝗶𝗼𝗻 𝗲𝗰𝘁𝗿𝗼𝗱𝗲𝘀
関連する 2023 年の神経科学の進歩において、脳深部刺激がアルツハイマー病の症状を軽減する有望な効果を初めて証明しました。効果を発揮するには、電極の配置にピンポイントの精度が必要ですが、脳疾患が異なると脳のどの領域に刺激を集中させるべきかを正確に知ることは困難です。
脳の高解像度磁気共鳴画像の分析を専門とするハーバード大学医学部の研究関連組織は、そのアプローチをコンピューター モデルと組み合わせて、刺激に最適な位置を正確に特定することに成功しました。交差する記憶領域間のこの正確な「スイートスポット」により、参加者は症状を大幅に軽減することができました。
DBSの治療が承認されるにはさらなる臨床研究が必要だが、この研究で公開されているデータにより、研究者はアルツハイマー病患者にDBSを試験する神経外科研究で正確に電極を設置することが可能になった。
𝗢𝗽𝘁𝗶𝗺𝗮𝗹𝗱𝗲𝗲𝗽𝗯𝗿𝗮𝗶𝗻𝗯𝗿𝗮𝗶𝗻𝘀𝘁𝗶𝗺𝘂𝗹𝗮𝘁𝗶𝗼𝗻𝘀𝗶𝘁𝗲𝘀𝗮𝗻𝗱𝗳𝗼𝗿𝘀𝘁𝗶𝗺𝘂𝗹𝗮𝘁𝗶𝗼𝗻𝗼𝗳𝘁𝗵𝗲𝗶𝗻
中国の軍事医学者チームは、CRISPR/Cas9を利用してクマムシの遺伝子をヒト胚性幹細胞に挿入し、放射線に対する耐性を劇的に高めることに成功したという調査結果を報告した。
クマムシ (別名クマムシ) は体長 1 ミリメートル未満で、地球上で最も丈夫な生き物です。長年にわたる科学的テストを経て、宇宙空間、摂氏マイナス200度、熱湯の中でも1時間以上耐えることができました。
研究者らは、ヒト胚細胞のほぼ90％が致死量のX線放射線にさらされても生き残ったと報告した。このような大きな遺伝的ギャップの混合は通常、有害な突然変異のみを引き起こすことを考えると、この結果は非常に驚くべきものであり、従来の遺伝子実験を超えるCRISPRの力を潜在的に実証している。
人工的に作成された幹細胞の使用により技術的には合法ですが、この研究はまた非常に物議を醸しています。長期的な目標は、核降下物に耐えることができる超頑丈な兵士を開発することです。研究チームの将来のプロジェクトの1つは、クマムシを注入した細胞を造血細胞に変え、骨髄に挿入して新しい放射線耐性細胞を生成できるようにすることだ。
逆に言えば、クマムシの遺伝子は、細胞の DNA を酸化ストレスから保護する役割を果たすなど、他の利点も人間にもたらす可能性があります。酸化ストレスは、がん、老化、糖尿病、炎症、炎症などの多くの病気の発症の中心となります。パーキンソン病。
大阪大学の研究チームは、人工知能（AI）を使用して細胞や組織の超解像度画像を作成できる画期的な技術を開発した。研究チームは安定拡散を使用して、MRI 装置内で最大 10,000 枚の画像が表示された被験者の脳スキャンを分析しました。
「Deep-Z」と呼ばれるこの新しい手法は、深層学習アルゴリズムを使用して低解像度画像から詳細情報を抽出し、より正確な詳細を含む高解像度画像の作成を可能にします。
この画期的なテクノロジーにより、科学者は前例のない詳細レベルで細胞や組織を研究できるため、生物医学研究に大きな影響を与えます。研究チームは、脳、網膜、肺などのさまざまな種類の細胞や組織でその方法をテストし、既存の技術よりも優れた結果を達成しました。
Deep-Z 法の最も興味深い点の 1 つは、医療診断や治療に使用できる可能性があることです。細胞や組織の高解像度画像を生成することで、医師は初期段階の疾患を特定し、より的を絞った治療計画を立てることができる可能性があります。
このフレームワークは、EEG などの MRI 以外の脳スキャン装置や、イーロン・マスク氏のNeuralink。
全体として、Deep-Z 技術は生物医学イメージングの分野における重要な前進であり、医学研究と治療に革命をもたらす可能性を秘めています。
今年、生物学者とコンピューター科学者のチームは、カエルの細胞から作られた、サイズ1mm未満の自己修復生物学的機械を開発した。これらのマシンは、人間の体内を移動できるほど小さいアフリカツメガエルにインスピレーションを得て、「ゼノボット」と名付けられています。
この技術には、カエルの胚から生きた幹細胞を削り取って培養し、機械知能によって設計された特定の体の形に再形成することが含まれます。細胞の分化は、生物学的に新しい移動方法を提供するために脚のように利用される毛のような突起であるセリアの形成につながります。
まだ初期の段階ですが、ゼノボットはプログラム可能な世界初の生きたロボットです。最近の進歩には、プロセスをよりスケーラブルにするためにそれらを複製できることも含まれています。
Xenobots の期待される応用例には、高度に特異的かつ正確な薬物送達、がん腫瘍の除去などの局所疾患の治療、さらには世界中のプラスチックや合成微粒子の海を浄化するための拡張可能な手段が含まれます。
さらに詳しく知りたい場合は、Xenobot の動作をガイドする AI ソフトウェアを開発している博士研究員である Sam Kriegman によるビデオ説明をご覧ください。
近年、科学界はサイケデリック物質の治療効果にますます注目を集めています。その中でも、一般的にエクスタシーとして知られる MDMA (3,4-メチレンジオキシメタンフェタミン) は、心的外傷後ストレス障害 (PTSD) の治療の有望な候補として浮上しています。 『Nature Medicine』誌に掲載された画期的な臨床研究で、研究者らはMDMAを利用した心理療法がPTSD治療の分野で大きな変革をもたらす可能性があることを示唆する説得力のある証拠を明らかにした。
第 3 相臨床試験では、治療抵抗性の PTSD 患者に、中程度の用量の MDMA を補助とした従来の精神療法を数カ月間実施することが含まれていました。 MDMA は心理療法治療の有効性を 2 倍以上に高め、大多数の患者は症状がなくなり、研究の追跡調査でも健康状態の継続的な改善が示されました。
全体的な結果は、MDMAに関連した認知機能の変化が、反応性と持続的なプラスの効果の両方の点で、心理療法の利点を大幅に強化したことを示唆しています。
重度の PTSD に対する MDMA 支援療法: 無作為化二重盲検プラセボ対照第 3 相試験
精神物理学は、人間の脳が感覚的現実をどのように処理するかを理解することに特化した神経科学の分野です。 2023 年の最大かつ最も驚くべき発見のうち 2 つは、仮想現実 (VR) 実験によって達成されました。
最初の研究では、「ファントム・タッチ・イリュージョン」と呼ばれる新しい体験現象が発見されました。これは、VR 内の人々の単純なアバター表現を使用し、参加者に仮想スティックでアバターの体のさまざまな部分に触れるように求めました。実験では、参加者は実際に身体のどの部分にも触れられませんでしたが、ほぼ全員がアバターに触れた場所に対応する強い触感を報告しました。その影響は十分に強力だったので、研究参加者の中には、研究者が自分たちをだまそうとしていると信じ、実際に何らかの形の本物の触覚刺激を使用していると信じた人もいた。
最も顕著なのは、VR で実際に見ることができない場合でも、被験者がアバターの手足の一部に触れたときに感覚が生じたことです。これは、人の身体の表現がトップダウンで定義され、利用可能な感覚情報を超えて拡張されていることを示唆しています。
ファントムタッチ錯覚、触覚刺激がない場合の触覚ゲーティングの予期せぬ現象学的効果
スウェーデンの精神物理学者による 2 番目の研究では、最小限の感覚刺激でも、私たちの心が別の身体の所有権を引き継ぐことができることを実証する VR 実験が行われました。
彼らは VR を使用して、研究参加者の視覚的な視点を別の人、または偽の身体から見たものになるように操作しました。これは、相関する多感覚刺激と同期して行われました。この実験は、他人の身体、または人工の身体が参加者自身の本物の身体であるかのような錯覚を引き起こすのに十分でした。
研究者自身の言葉では、 '' '"𝗧𝗵𝗶𝘀𝗧𝗵𝗶𝘀𝘄𝗮𝘀𝘀𝗼𝘁𝗵𝗮𝘁𝘁𝗵𝗮𝘁𝗰𝗼𝘂𝗹𝗱𝗯𝗲𝗶𝗻𝗴𝗯𝗲𝗶𝗻𝗴𝗶𝗻𝗽𝗲𝗿𝘀𝗼𝗻𝗽𝗲𝗿𝘀𝗼𝗻𝗽𝗲𝗿𝘀𝗼𝗻𝘀𝗯𝗼𝗱𝘆𝗳𝗮𝗰𝗶𝗻𝗴𝘁𝗵𝗲𝗶𝗿 𝗢𝘂𝗿𝗿𝗲𝘀𝘂𝗹𝘁𝘀𝗮𝗿𝗲𝗼𝗳𝗮𝗿𝗲𝗼𝗳𝗳𝘂𝗻𝗱𝗮𝗺𝗲𝗻𝘁𝗮𝗹𝗶𝗺𝗽𝗼𝗿𝘁𝗮𝗻𝗰𝗲𝘁𝗵𝗲𝘆𝘁𝗵𝗲𝘁𝗵𝗲𝗽𝗲𝗿𝗰𝗲𝗽𝘁𝘂𝗮𝗹𝗽𝗿𝗼𝗰𝗲𝘀𝘀𝗲𝘀𝘁𝗵𝗮𝘁𝗽𝗿𝗼𝗱𝘂𝗰𝗲𝗽𝗿𝗼𝗱𝘂𝗰𝗲𝘁𝗵𝗲𝗼𝗳𝗼𝗳」
これらの効果は、構造化された主観的なレポートと詳細な生体認証分析の両方を通じて確認されました。
これらの発見は、私たちの脳が世界をどのように理解しているかに関する貴重な科学的洞察となりますが、急速に成長する VR エンターテインメント業界にも大きな意味を持ち、次のレベルの没入体験を実現する新しい方法を約束します。
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。
NeuroTracker の多様な研究アプローチにより、脳が人間のパフォーマンスと健康にどのような影響を与えるかについて興味深い洞察が得られました。
灰白質がどのように機能するかを解読するために設計されたテストの概要を理解します。
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