世界初の両手移植に成功したzion君

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 米フィラデルフィア小児病院(CHOP)のWilliam Gaetz氏らの研究グループは、2年前に8歳で小児では世界初となる両手の移植手術を受けた男児(10歳)Zion君の「脳地図」が移植後、元に戻りつつあるとする論文を『Annals of Clinical and Translational Neurology』12月6日オンライン版に発表した。

 論文の筆頭著者であるCHOPのGaetz氏によると、身体はあらゆる部位において、感覚刺激を受けると、その部位に応じた脳領域に信号を送る。脳内には、身体の各部位の感覚刺激を知覚する機能局在(脳地図)が存在する。

奇跡の機能回復!「脳地図」も劇的に変化!

 手を切断した成人患者やヒト以外の霊長類の脳画像を用いた研究では、手からの信号入力が途絶えると脳地図が再構築されることが示されていた。このような脳地図の変化は「大脳皮質再構築(massive cortical reorganization;MCR)」と呼ばれている。

 Gaetz氏らはZion君に対し、唇や指に与えた刺激に対して反応する脳領域や反応の強さ、タイミングなどを調べるために脳内の磁場を測定する脳磁図(MEG)検査を複数回にわたって実施し、脳地図の変化を観察してきた。

 その結果、両手を切断した後、唇の感覚に対応する脳領域が以前は手の感覚に対応していた領域の位置まで2cm移動するなどの脳地図の再構築(MCR)が起こっていることが世界で初めて確認された。

 Gaetz氏らは、2年前に移植されたZion君の両手が機能し始め、移植後のMEG検査では脳地図が正常化しつつある事実に驚きを隠せない。

 「Zion君の例では、脳地図の再構築のプロセスは可逆的である事実が確かめられた。ただ、感覚の信号が脳の正しい領域に届いているが、体性感覚のネットワークにまだ完全に統合されてはいない」と説明している。

 Zion君の両手移植手術を率いたCHOPのLawrence Scott Levin氏は、「Zion君は数多くの"世界初"を成し遂げた子どもだ。われわれ医療チームにとっても、Zion君自身にとっても大きな意義がある」と話す。Zion君は現在、一人で着替えたり食事を取ったりすることができ、字も書けるまで回復している。

 Gaetz氏は「今回の結果から、小児の脳の柔軟性について、期待とともに新たな疑問も浮かび上がってきた」と指摘する。疑問とは何だろう。

 たとえば、手の移植に最適な年齢は何歳なのか、手を切断すると誰にでも脳地図の再構築が起こるのか、生まれつき手がない場合の脳地図はどうなっているのかなどだ。この疑問へ答えを究明する新たな研究もスタートしそうだ。

自閉症、統合失調症、認知症などと関連する脳部位の特定

 Zion君の奇跡的な回復は、移植再生医療と脳神経科学がコラボして成し遂げた大成果だ。

 脳地図は、1909年にドイツの神経科学者コルビニアン・ブロードマンが発表し、「ブロードマンの脳地図」「ブロードマン領野(Brodmann area)と呼ばれている。

 ブロードマンの脳地図は、大脳皮質の解剖学・細胞構築学的な知見に基づき、各機能の領域を脳細胞の種類によって分類したもの。

 つまり、大脳皮質の神経細胞を染色して可視化し、組織構造の違いに基づいて大脳皮質を52の領域に分類したのが、ブロードマンの脳地図だ。

 各領域の分担する機能が解明され、たとえば,運動野は4野に,視覚野は17,18,19野に,聴覚野は41,42野に,皮膚の触覚や圧覚などの体性感覚野は1,2,3野にある。

 だが、各部位の機能とその関連性の解明は不十分のため、1世紀以上にわたって研究が進められてきた。

 人体最後のフロンティア、脳地図の180の部位を特定した詳細な機能マップの研究がある。

 この研究の推進役は、ワシントン大学医学部の神経科学者マシュー・グラッサー博士が率いる脳神経科学者とコンピュータ技術者などで構成された研究チーム。2013年にオバマ大統領が発表した、脳の機能解明プロジェクトの資金援助を受けた研究だ。

 研究チームは、解剖学的な見地からではなく、コンピュータによる画像解析をメインとした手法によって大脳の深部構造を解明し、今までの脳の機能マップを大幅に刷新している。

 研究チームは、詳細にデータ化された210名の被検者の脳の働きを解析し、そのデータに基づいて脳を180の部位に分け、それぞれの形、機能、働き、つながりをより正確に解析した。

 今回の脳地図が発表されるまでに83の機能を示す地図が作られていたが、今回の脳地図は、既知の83の領域に新たに97もの新領域を加えたマップだ。

 たとえば、安静時の脳と、特定のタスク(物語を聞くなど)を処理している時の脳の活動をMRI検査と大脳皮質内の神経細胞のコネクションの抵抗値の検査を行う。次に、それぞれのタスクを処理する部位を特定し、多数の被検者のデータを総合的に解析し、新たな脳の機能地図を完成した。

 注目すべきは、今回追加された55bという領域だ。55bは、解剖学的には隣接する領域と差異のない細胞種だが、脳が言語を処理すると、活発に活動し、言語を司る領域である事実が判明。55bが働く時に、脳のどの他の部位と関連しているかも解明されている。

 グラッサー博士によれば、この脳地図は、自閉症、統合失調症、認知症、てんかんなどと関連する脳部位の特定や原因解明に恩恵をもたらすだけでなく、脳外科手術にも有益だと発言している。

 また、この脳地図はバージョン1.0なので、さらなる研究によってバージョン2.0に上がっていく可能性が高い。

 人体最後のフロンティア、脳地図。地図を片手に脳内探検の旅へ!その進化の物語は、あなたの大脳という宇宙で始まっている。
(文=編集部)

*参考:http://tocana.jp/2016/0post_10511_entry.html
2016年07月21日GIGAZINE
https://gigazine.net/news/20160721-ultimate-brain-map/
http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature18933.html
http://www.nature.com/news/human-brain-mapped-in-unprecedented-detail-1.20285
https://www.humanconnectome.org/