脳のシワが多い人ほど｢頭が良い｣が誤解のワケ
「脳のシワが多い人ほど頭が良い」説は誤りのようです（写真：Hanna／PIXTA）
日常生活で多くの人は接することがない脳研究者という存在。まだ謎に包まれている部分が多い脳を、いったいどのように研究しているのでしょうか。脳研究者の毛内拡氏の著書『脳研究者の脳の中』から一部抜粋してお届けします。
そもそも脳ってなに？
私は脳の研究をしていますが、脳の研究方法にもいろいろあります。人間の脳を科学的に取り扱って研究するのは容易ではありませんので、私は哺乳動物であるマウスの脳にヒントを得ながら研究をしています。普段自分が用いている研究材料や研究方法を紹介しつつ、研究の現場のリアルな実態について知ってもらえればと思います。
脳は、みなさんも1つずつお持ちで、付き合いも長いと思いますが、ご自身の脳のことについてどのくらいご存じでしょうか。そう言われてみると、あまり脳のことを知らないで過ごしているなぁという方が多いのではないでしょうか。かく言う私も、まだまだわからないことばかりで、むしろ自分の脳がわからないからこそ研究者を志しましたし、ライフワークとして選択しました。
脳は、大体1300gくらいの脂っぽいかたまりで、頭蓋骨によって堅牢に守られています。さらに頭蓋骨の下では、硬膜、クモ膜、軟膜からなる髄膜によって保護されています。ゆで卵の薄皮のようなものを思い浮かべていただければよいでしょう。
心臓や腸などと違い、動きがないため外観からその働きを類推することは困難です。脳を取り出してみても中には液体が詰まっているばかりで、全く何をしているところなのかわかりません。事実、長い間、脳は単に血液を冷やすための器官だと思われてきたという歴史があります。心の働きの中心的な働きをする場所であると考えられ始めたのは、ほんの最近のことなのです。
さて、脳神経という言葉がありますが、脳と神経は何が違うのでしょうか。神経は、全身にくまなく張り巡らされている導線のようなもので、手足や目、鼻、口、耳などの五感からの情報を脳へと伝える役割を担っています。あるいは、脳からの情報を筋肉に伝えて筋肉を動かすのも神経の役割です。脳は、神経の情報を統合し、全身に指令を伝える司令塔のような働きをしています。
脳と神経を合わせて、神経系と言います。系というのは、システムと言い換えるとわかりやすいでしょうか。脳や、脳と全身のインターフェースである脊髄を合わせて中枢神経系と呼びます。
一方、体に張り巡らされている神経は、末梢神経系と呼ばれています。このうち、五感からの情報を脳に伝える神経を感覚神経系、筋肉を動かす神経を運動神経系と呼びます。さらに、臓器や筋肉と連絡し、意識することなく体のいろいろな機能を調節している神経は、自律神経系と呼ばれており、活発に働く時に優位になる交感神経系と、リラックスしているときに優位になる副交感神経系からなります。
私たちは、普通、自分の体のことは自分ですべてコントロールできる、自分の意思ですべてを決定していると思っているかもしれません。しかし、逆に私たちの体の働きのほとんどは無意識のうちに起こっているもので、意識してやっていることはほとんどないと言われています。もちろん、脳が重要な働きをしているのは間違いないのですが、自分の脳のことですらも、意識に上る部分はほんの氷山の一角に過ぎないと考えられています。
脳の解剖で動物を使う利点
この「意識ある脳」が脳の働きのほんの一部であるために、脳を研究することは非常に難しいものとなります。人間の脳の活動を直接測定する技術はほとんど存在しないからです。まして、言葉を話さない動物の脳を研究するのは、非常に骨が折れます。
一方で、動物の脳を研究する際の利点としては、ある処置をしたのちに生じる脳の変化を、顕微鏡のレベルで即座に観察できる点にあります。
実験をする上では、なるべく条件を簡略化し、その因果関係を調べる必要があります。ヒトの脳も、死後検体として提供され研究に用いられることもありますが、生活習慣や罹患病歴が異なり、もしかするとさまざまな疾患に複合的に罹患していたかもしれません。遺伝子が関連する病気ですと、親や子を含む家族の病歴まで考慮に入れて調査するのは非常な労力となります。
その点、実験用に飼育されているいわゆる実験動物は、どのような遺伝子を持った親から生まれてきたかがしっかりと管理されており、栄養や睡眠、あらゆる生活習慣が、個体間で均質になっていることが保証されています。したがって、ある実験操作をした直後に、脳を取り出して調べれば、そのときに観測された変化は、その実験操作の影響のみによると仮定できます。
脳組織を傷つけないように髄膜を除去し、脳を摘出した後に、ホルムアルデヒドという薬品に一時的に漬け置きします。生体標本などを保管しておくホルマリンもこの薬品の溶液です。この薬品は、なるべく脳細胞の構造を維持しつつ、脳組織の腐敗を防ぐ効果があります。このような行程を「固定」と言います。これにより、その瞬間の脳の状況がありのまま保存されるのです。
細胞は通常目に見えませんので、染色と呼ばれる行程を経て、目に見える形になります。脳組織を薄く切り出し、染色して顕微鏡で観測することができます。あるいは、細胞の上で働いている受容体などのタンパク質がどのように変化を受けたかを見ることができます。これを実験操作を加えなかった個体の脳と比較することで、実験操作が脳細胞にどういう影響を及ぼしたかを類推することができます。
「シワが多いほど頭が良い」は誤解
動物実験と書きましたが、どんな動物の脳を利用するかが問題となります。もちろんヒトと類似している霊長類の脳を利用できればグッと理解が深まるとは思いますが、ヒトに近い分、研究倫理の審査が厳しく、また飼育や取り扱いも難しくなります。
一方で、昆虫などの無脊椎動物や、魚類などの比較的取り扱いが容易な実験動物もヒトと同様の基礎原理を持った脳を持つため、研究にもよく利用されます。どのような生体現象を解き明かしたいかによって、どういった種類の動物を利用するかを慎重に検討する必要があります。
ちなみに、動物の一種という枠組みで人間のことを指す場合はカタカナでヒトと書くのが通例となっているようですので、本書でもそのように使い分けたいと思います。
研究を行うには、予算と期間の問題が避けては通れません。限られた予算の中で、効率よく研究計画を遂行していくためには、実験動物の飼育にかかる労力が少なく、成長や繁殖のスピードが速いものが好まれます。また、近年では、遺伝子を操作することで病気のモデルを作製したり、特定の遺伝子の関与を調べたりするという性質の実験も行われるため、遺伝子の操作のしやすさや方法論の多様性が重要になります。
その点では、ヒトと同じ哺乳動物であるマウスや、無脊椎動物を代表してショウジョウバエ（果物に集まってくる小さなハエ）が採用されます。また、体が透明で観測が容易に行えることから、コイや金魚の仲間のゼブラフィッシュも利用されます。その他にも、いかにユニークな動物で実験をするかが評価になるような学問分野もあり、生物学の研究は実に奥が深いと思い知らされます。
さて、哺乳類に話を限定して、脳を比較して見てみましょう。哺乳類とは、人間と同様、 お母さんのお腹（子宮）の中で育ち、生後はお乳を飲んで成長するタイプの生物です。
哺乳類の脳を見比べてみると、これが同じ脳なのかと驚きます。図1は、いろいろな哺乳類の脳を上から見たものです。一見して、どれも脳だとわかる程度には類似していますが、よく見ると違いがあることがおわかりいただけるでしょうか。
図1 いろいろな哺乳類の脳（出所）Florian Maderspacher, Sizing up the soul’s seat, Curr Biol. 26（20）, 2016
https://doi.org/10.1016/j.cub.2016.09.066
基本的には、どの脳の大脳皮質にも右脳と左脳があり、その下に小脳、そして脊髄につながる脳幹が見えています。ヒトの場合は、大脳皮質が非常に発達しているため、小脳は隠れて見えませんが、基本的な構造は一緒です。
一方、マウスやラットなどの大脳皮質にはシワがないことに気づいたでしょうか。巷ではこの脳のシワが多いほど「頭が良い」と言われていますが、それは誤解です。このシワは、大脳皮質の表面積と頭蓋骨の大きさによって決まりますが、ヒトの場合は大脳皮質を広げた際の表面積は、新聞紙一枚程度と言われています。それを頭蓋骨の中に入れるためにはシワができてしまいます。
霊長類の中でも、コモンマーモセットではシワがないことが有名ですし、イタチの仲間のフェレットの脳にはシワがあることが知られています。シワの有無と賢さにはあまり関係がないと考えて良いと思います。
機能獲得と機能欠損
動物実験では、ある実験操作をした際の動物の行動の変化や、組織の構造や細胞の形態やはたらきの変化からその実験操作の意義を類推するという方法がとられます。これにより、その実験操作と観測される変化の間の関係を知ることができるのです。
多くの場合、我々が知ることができるのは「相関関係」です。つまり�犂愀犬�ある�瓩箸いΔ海箸世韻�わかります。さらに一歩進んで「因果関係」を知ることは多くの場合難しいですが、目標としては因果関係を証明したいという気持ちがあります。
生物の研究をする上では、機能欠損と機能獲得という方法が、因果関係を類推する上で有効になります。たとえば、古典的には、薬や電気刺激などで機能を増幅する方法や、臓器を切除したり、脳の神経接続を切断したりする方法がとられてきました。
さらに最近では、遺伝子を直接操作することで、機能を欠損させたり、これまでなかった機能を与えたりすることができます。これによって、その遺伝子が、とある病気にどのように関与しているのか、あるいはその遺伝子を復旧することでどのように回復するのかなどを調べることができます。
欧米ではサルを用いた研究は法律で禁止
遺伝子の操作や脳の研究などは神の領域で、できれば踏み込んでほしくないという意見も聞きます。実験動物の話をしてきましたが、不快に思った方も多いのではないでしょうか。
人間のエゴで、罪のない動物を利用してもよいのかという議論は昔からあり絶えることがありません。実際、ヨーロッパやアメリカでは、すでにサルを用いた研究は、法律で禁止されつつあります。
ドイツでは、医学部ですらも動物実験を行うことが難しく、コンピューターシミュレーションで勉強すると聞いています。
確かに研究者が、好奇心のままに動物実験を行い、むやみやたらに命を犠牲にしたり、いたずらに病気にしたり、実験をしているようなイメージが強くあるかと思いますが、それは誤解です。
これまでに述べてきたように、いきなりヒトで実験するのは困難です。たとえば、新しい薬や化粧品を開発した際に、その効果や影響を長期にわたって（時には世代を超えて）調べる必要があります。これは、単に好奇心からではなく、その研究をすることが 人間社会やひいては地球全体の利益になると考えた上で行っています。
また、どの実験動物を利用するかには相当慎重な検討がなされています。当然、動物を使わない代替法も十分検討した上で実験を行います。
（毛内 拡 ： お茶の水女子大学 基幹研究院自然科学系 助教）
