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はい、一人前の人間のみなさん。アントンです。この動画では、最近の研究について話しますわ。これ、めっちゃ画期的なもんなんです。実際の脳の完全な3次元マップを作ったんです。ニューロンの位置だけやなくて、接続も、複雑な行動のときのニューロン同士のやりとりまで見えるんです。
ただ、ちょっと注意せなあかんのは、人間の脳やないんです。普通の哺乳類の脳でもあらへん。生物学の研究でよく使われる、一番小さな動物の一つの脳なんです。ショウジョウバエのドロソフィラ・メラノガスターの脳です。
多くの人がよく知ってる、研究でよく使われるハエです。遺伝子が比較的シンプルで、ライフサイクルが早くて、たくさんの子孫を産むから研究に向いてるんです。元々アフリカ産やけど、今では世界中に広がって、よくある害虫になってしもたんです。
でも、これらはまだ動物で、オスとメスで体の特徴が違うて、メイトを引き付けるのに複雑な行動をするんです。例えば、ダンスをしたり、歌を歌ったりするんです。だから、生物学研究にめっちゃ価値があるんです。
これらのハエは、体が小さくて脳も小さいのに、結構複雑な行動をするんです。実際、求愛行動の複雑さを示す研究がたくさんあって、こんな小さな生き物でも、脳の中はめっちゃ複雑やってことがわかってるんです。
過去20年ほどで、科学者たちは、このハエの遺伝子の約60%が人間の遺伝子と似てることを発見しました。人間以外の病気の75%までが、ショウジョウバエの遺伝子と一致するんです。これが、このハエを研究対象として興味深いものにしてるんです。簡単に育てられて、遺伝子を操作しやすいから、いろんな病気の影響を研究しやすいんです。
もっと大事なのは、生物学の新しい分野の完璧な研究対象になったことです。このハエの体のことをよく理解してるから、これを使って新しい生物学を学ぶのがめっちゃ簡単になったんです。
2000年代初めから、つまり過去20年ほどで、神経科学のいろんな進歩のおかげで、急速に発展した分野があるんです。コネクトミクスっていう若い分野で、神経科学の一部門です。ただニューロンを扱うだけやなくて、ニューロンの接続と、その接続が行動にどう影響するかを扱うんです。
この分野の目的は、脳の中で特定の活動が起こってるときに何が起こってるかを示す、神経接続のマップを作ることです。これは、人間の脳の初期の例で、20人の被験者に基づいてます。この分野が重要な理由の一つは、脳に関しては何も一箇所に局在してないってわかったからです。
脳の活動や行動、思考は、普通、脳の中のたくさんの場所にある構造に依存してます。これがよく、こんな感じの結果になるんです。別々のネットワークが活性化されて、例えば、違う思考や行動が違うタイプのネットワーク、もっと正確に言うと、違うタイプのコネクトームを生み出すんです。
今日では、このコネクトームが脳のデータの解釈、特に神経画像法で極めて重要な部分になってます。でも今まで、特に人間での研究はめっちゃ難しかったんです。これらのコネクトームは非常に基本的なもので、あんまり教えてくれへんのです。ここではものごとが複雑すぎるからです。
この分野についてもっと学び、もちろんすべてをもうちょっとよく理解するために、研究者たちはよく理解してる脳から始めることにしたんです。この小さな奴らの脳です。もちろん、この小さな奴らもです。彼らの脳は完璧やったんです。小さくて、実際に砂粒ほどの大きさやけど、複雑な行動を生み出せるんです。もちろん、多くの動物でよく見られる行動もです。
ショウジョウバエのコネクトームを作ることで、研究者たちは基本的なものを手に入れ、もちろん、より複雑な動物、最終的には人間に応用できる多くの方法を手に入れることができるんです。彼らの脳について本当に興味深いのは、サイズが小さくて、ニューロンが約14万個しかないのに、少なくとも5000万の接続を作れることです。これで複雑な行動ができるんです。
比較のために言うと、人間の脳には860億のニューロンがあって、数兆の接続を形成してます。明らかに大きな違いがありますけど、まあ、赤ちゃんの一歩からですよね。
それじゃあ、この最近の研究と、科学者たちが達成したことについて話しましょう。ネイチャー誌に掲載されたばかりのフィリップ・シュレーゲルとその研究チームによる研究では、初めて典型的なショウジョウバエの完全な3次元マップと完全なマルチスケールコネクトームを作ることができたんです。
まあ、技術的にはそれだけです。それが研究の目的で、それを達成したんです。でも、ここでこの重要性を理解するために、ちょっと歴史を振り返って、より良い文脈に置いてみましょう。
1986年に、シドニー・ブレナー、ジョン・グラハム・ホワイト、エレン・サウスゲイト、J・N・トンプソンによる研究から始めなあきません。彼らは約20年かけて、文字通り色鉛筆を使って、典型的な線虫C・エレガンスの302個のニューロンをトレースしました。これが、最も単純な動物の一つの初めての完全なコネクトームを作り出したんです。
これらの線虫は300個のニューロンしか持ってませんが、それでも何年もかかりました。そのときから、研究者たちは神経系を理解するためにはこういったマップを作らなあかんってわかってたんです。でも、2000年代初頭になって、コンピューターが十分に強力になるまで、デジタルメディアを使ってこれらをマッピングし始めることはできませんでした。
当然、次の目標はハエでした。でも、ここでもその手順の複雑さは依然としてかなりのものです。一つ一つの脳について、そして砂粒ほどの大きさのすごく小さな脳について話してるんですけど、それを小さな部分に切り分けて、個々の層を作らなあきませんでした。それをスキャンして個々のニューロンを識別し、コンピューターがそれをより大きな画像につなげるんです。
ここでは、個々の層を処理して、動物界で最も小さな脳の一つをマッピングする必要がありました。幸運なことに、Googleもこれに興味を持ち、多くのリソースが直接Googleから提供されました。ほんの数年で、脳の最初の部分がマッピングされました。これが実際にその部分の一つで、2021年に発表された最初の研究の一つです。
でも、ここでGoogleは人工知能でも助けてくれました。人工知能を使うことで、個々のニューロンを素早く識別し、さまざまな接続をトレースすることが可能になり、科学者たちはこれらのネットワークをめっちゃ速く作れるようになったんです。
過去数年間、これを研究してる科学者たちは、どんどん大きな構造を作り出し、最終的には脳全体のネットワークをトレースし、すべての接続を発見して、ショウジョウバエの完全なコネクトームを作り出しました。ここでは、5000万個のニューロン、5000万の接続、そして基本的に、前に言った複雑な行動をすべてできる実際の成虫のハエの脳について話してるんです。
ここで、ようやくショウジョウバエの脳全体が信じられないほどの精度でマッピングされました。すべての接続、すべてのニューロン、脳全体のネットワーク、潜在的な構造まですべてを識別し、個々の機能まで特定しました。でも、これを達成するために、彼らはめっちゃ馬鹿げたことをせなあきませんでした。
ショウジョウバエの脳の7万個の個別の薄片と、2100万枚の画像を1つの地図にまとめなあきませんでした。当然、プリンストン大学が作った人工知能を使わへんかったら、これにはめっちゃ長い時間がかかってたでしょう。でも、これらの新しい方法を使うことで、ほんの数年でこれらすべてが達成可能になったんです。
もちろん、いくつかの珍しい発見もありました。約8500個の既知で名前のついた細胞のうち、約半分の4500個が科学にとって完全に新しいものでした。基本的に、今まで見たことのないニューロンを発見したんです。明らかに、それらが何をするのかはわかりません。
でも、これはコネクトームなので、機能に関するすべてを示し、この小さな脳でのさまざまな種類の行動と、さまざまなニューロンがどのように相互作用するかを正確にマッピングします。この複雑さと、この方法が存在するようになったため、これをもっと複雑な動物に応用できるようになりました。
もちろん、自然に、例えば実験用ラットのような動物でも、7000万個のニューロン、つまりこのショウジョウバエの約700倍のニューロンを含んでるので、同じようなものを作るには、まだ数十年かかるかもしれません。
興味深いことに、これらすべてが基本的にコンピューター内にあるので、研究者たちはこの脳内の脳活動を操作し始め、さまざまな種類の行動のシミュレーションを開始できるようになりました。例えば、追加の論文の一つで、フィリップ・シュとそのチームは、すでにこの地図を使って、吻の伸長、つまりハエが砂糖を吸い込むための小さなストローのシミュレーションを行っています。
実際の生活でやるのと非常に似た方法で、これらの仮想ニューロンを活性化させるだけです。だから、基本的に今では、実際のハエを使わずに、これらの回路を研究し、これらの仮想行動を作り出すことができるんです。コンピューター内ですべてを模倣するだけで、これ自体が記念碑的な成果です。
これにより、脳内のさまざまな回路がどのように機能するか、正確に何をするのかを理解できます。それらを模倣することで、ここでのさまざまな種類の複雑な行動についての手がかりを提供し、そして多分もっと重要なのは、人間の脳を理解するという究極の目標にちょっとだけ近づけてくれることです。
でも、ここで覚えておくべきなのは、線虫からハエまで、つまり300個のニューロンから約13万個のニューロンまで行くのに、ほぼ40年かかったってことです。次の目標である実験用マウスは、はるかにもっと複雑で、究極の目標である私たちはもっともっと複雑さがあるので、うーん、同じ進歩を仮定すると、100年かかるかもしれません。
それでも、これは本当に重要な最初の一歩であり、いつかは私たち自身についてすべてを理解するのに役立つかもしれない一歩です。もちろん、多くの異なる分野で大きな breakthrough につながるかもしれません。医学分野、コンピューターサイエンス分野、そして正直なところ、この時点ではおそらくすべての分野で。
これは実際にかなり大きな成果なので、この時点では、これがどこに向かうのかを想像するのも難しいです。でも、これが最初の研究で、基本的にこれが始まりに過ぎないので、今後数年間で、これについてもっとたくさんのことを聞くことになるでしょう。そして、コネクトミクスに関して、もっとたくさんの発見と、もっとたくさんの信じられないような成果があることは間違いありません。
ほな、それまでは、説明の下にある同じようなトピックについての以前の動画をチェックしてみてください。視聴してくれてありがとう。ロボット、宇宙、科学が好きな人と共有してな。明日も戻ってきて、何か新しいことを学んでください。
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