科学者たちは、意識に関わる脳の小さな領域を刺激することで、麻酔をかけたサルを突然覚醒させ、注意を喚起することに成功しました。この興味深い結果は、脳とそれが意識を生み出す仕組みに関する新たな手がかりをもたらし、昏睡状態の患者の治療法開発につながる可能性を秘めています。
脳は人体の中で最も謎に包まれた器官であり続けています。過去数十年にわたり、神経科学者たちは脳内の様々な領域やネットワークを詳細に解析し、それらが正常な認知機能にどのように貢献しているかをより深く理解しようと努めてきました。しかし、意識、そして脳のどの部分が意識の神経相関領域（NCC）として説明できるのか、つまり焦げたトーストの匂い、咲き誇るバラの赤さ、あるいは内なる思考の豊かさを私たちが感じるのを可能にする特定の脳領域については、依然として大きな疑問が残っています。
本日 Neuron に掲載された新しい研究は、その答えに近づく小さいながらも重要な一歩となります。
ウィスコンシン大学マディソン校の研究者たちは、マカクザルを用いた実験により、中心外側視床がNCCであることを裏付ける新たな証拠を発見しました。前脳の深部に位置するこの小さな脳領域を刺激したところ、麻酔をかけたサルは、麻酔薬が投与されているにもかかわらず、突然覚醒し、意識がはっきりしました。神経科学者たちは以前から中心外側視床をNCCであると示唆していましたが、今回の最新の研究は、その主張にさらなる信憑性を与えています。
「この研究は意義深いものです」と、マサチューセッツ工科大学脳認知科学部の神経科学教授、アール・ミラー氏はギズモードへのメールで述べています。「意識に関する理論では、中心外側視床が皮質を『覚醒』状態に保つ上で重要な役割を果たしていると示唆されています。この研究は、その理論を裏付ける重要な証拠を提供しています。」
さらに、この論文は「意識を生み出す回路と脳のダイナミクスに関する新たな知見を与えてくれる」と、今回の研究には関与していないミラー氏は述べている。「毎年何千人もの人が全身麻酔を受けています。全身麻酔がどのように人を意識不明にさせるのかを知ることは、麻酔をより安全にするための重要な一歩です。」
新たな研究の第一著者であり、ウィスコンシン大学マディソン校の大学院生であるミシェル・レディンボー氏は、この実験の主な目的は脳内のNCCを見つけることだと語った。
「この目標を達成することで、全身麻酔のメカニズムや脳外傷の影響をより深く理解できるようになり、昏睡などの意識障害に苦しむ患者の生活を改善するための臨床介入を目標とすることができるようになります」と彼女はギズモードに語った。
この目的のため、レディンボー氏は、論文の筆頭著者であるユーリ・サールマン氏らと共に、麻酔下の被験者に意識を誘導することを目的とした実験を考案した。この実験では、覚醒状態における視床中央外側野の脳細胞の活動を模倣した刺激法を考案した。電極アレイを用いることで、研究者らは複数の脳領域から脳活動を記録し、マカクザルが覚醒状態、睡眠状態、そして麻酔状態にある間の意識をモニタリングすることができた。
実験中、科学者たちは深部脳の様々な部位を刺激しようと試みましたが、脳内に一種の意識のホットスポットとして現れた中心外側視床核と同様の反応を引き出す部位はありませんでした。サルを麻酔状態にした状態でこの脳領域を50ヘルツで刺激すると、サルは覚醒しました。覚醒すると、サルは覚醒時と全く同じ行動を示しました。刺激を止めると、サルは再び無意識状態に戻りました。
この実験の重要な点は、実験に使用された 2 匹のサル (Monkey R と Monkey W と名付けられました) の覚醒状態を正しく評価することでした。
「サルの覚醒状態の評価は、昏睡患者や麻酔を受けている患者の評価に用いられる臨床指標をモデルにしています」とレディンボー氏はギズモードに語った。「基本的に、麻酔から目覚めた動物、あるいは人間に通常見られる行動の増加を探していました。」
レディンボー氏によると、これらの指標には、サルが目を開ける、意図的に手を伸ばす、顔を動かす、触覚に反応するといった行動が含まれていた。また、研究者たちは、一般的な音と異常な音の両方に対するサルの脳波反応もモニタリングし、「これにより、意識のある被験者と意識のない被験者を区別できる」と付け加えた。
倫理面では、「ウィスコンシン大学マディソン校の動物実験委員会が、国立衛生研究所の実験動物の飼育および使用に関するガイドラインに準拠したすべての手順を承認した」と著者らは論文に記している。
例えば、実験中は臨床麻酔科医が立ち会い、サルが「病院の人間患者と同じレベルのケアを受けているか」を確認することになっていたとレディンボー氏は述べた。また、実験中および実験後には動物が「健康と幸福を確保」するために監視され、その他の措置も講じられたと同氏は述べた。
とはいえ、科学者たちはサルの頭蓋骨に「頭部インプラントを固定」するために、セラミック製の頭蓋骨ネジと歯科用アクリル樹脂を12個も使用した。これは、実験に必要な他の極めて侵襲的な処置に加え、脳波測定中にサルの頭部を固定するためのものもあった。こうした処置にもかかわらず、実験中に動物たちは苦痛を味わったという強い主張があり、このような実験にサルを使うべきではないという主張も成り立つ。
https://gizmodo.com/can-technology-help-us-put-an-end-to-animal-experimenta-5940566
これらを念頭に置くと、この新たな研究は、意識障害を治療するための効果的な新たな治療法、外科手術としての脳深部刺激療法の改良、そしてより優れた麻酔薬の開発につながる可能性があります。さらに、これらの発見は、意識そのものの理解に一歩近づく可能性を秘めています。
ベルリンのフンボルト大学の神経科学者、ヤーン・アルー氏によると、研究者たちは1990年代に視床が意識にとって重要であると考え始めたという。これは、視床が制御の中枢に位置し、他の脳領域の情報処理方法を変化させることができるという事実に基づく考えだった。しかし、2000年代以降、神経科学者たちは意識のメカニズムを解明するために、主に大脳皮質に焦点を当ててきたとアルー氏は述べた。
「この研究によって視床が再び注目を集めることになります」と、今回の研究には関わっていないアル氏はギズモードに語った。「意識状態だけでなく、知覚プロセスにおいても視床の役割をより深く理解しようとする研究が今後数多く行われることを期待しています。」
今後について、レディンボー氏は、チームが意識を細かく操作する方法を習得したことで、「意識にとって最も重要な脳領域に関して異なる」意識に関する主要理論の予測を検証できると述べた。また、視床のより広範な領域を刺激し、意識に影響を与えるのに最も効果的な周波数を特定する計画もある。
「これは、同様の刺激パラダイムを臨床で使用できるようになる道を開くだろう」とレディンボー氏は述べた。
