生物の脳細胞の進化の方向性
人間が未知の探求に収束する理由は「脳細胞の戦略」
によるものであると考えられる。
【脳細胞の戦略：脳内の神経細胞は新たな世界にチャレンジする集団細胞であり、過剰に作られ、新たな回路を見つけた神経細胞は生き残れるが見つけられない神経細胞は死んでいく。】
大隅典子エッセイ集 https://norikoosum.exblog.jp/より
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第二話：脳の発生
【どのようにして脳の細胞たちは生まれてくるのか。】
☆始まりは“神経管”
ヒトの始まりは卵子と精子が受精してできる１個の受精卵である。このたった１個の細胞が何度も何度も分裂して、約１週間後、数百の細胞からなる“胚(はい)”として子宮の壁に着床する。この胚は将来の身体を作る部分と、胎盤や胎児を包む膜になる部分に分かれる。身体を作る部分は、まず２層の細胞層となり、外側の「外胚葉(がいはいよう)」と内側の「内胚葉」に分かれる。外胚葉の一部の細胞は内胚葉との間に入り込んで「中胚葉」となる。大雑把(ざっぱ)に言って、外胚葉からはこのあとお話しする神経系と皮膚が作られ、中胚葉からは骨・筋肉・血液などが、内胚葉からは消化器や肺などが生みだされる。
受精後、約3週間までの間に、外胚葉の中心部が盛り上がって「神経管」という管が作られる。これが私たちの脳や脊髄(せきずい)、すなわち中枢神経系の基となる原基である。神経管の前方部は膨らんで脳になり、後方部が脊髄となる。身体全体が大きくなるとともに、神経管も長く、大きくなっていく。第５週までに前方部はさらに区画化されて前脳・中脳・後脳となり、第７週までには前脳はさらに将来の大脳皮質・大脳基底核注１）・海馬(かいば)注２）などを生みだす終脳と、視床や視床下部を生みだす間脳に分かれる（図）。第８週の時点で脳の基本的な枠組みは出来上がっているが、大脳皮質にはまだ皺(しわ)もなく、さらに膨大な数の細胞が産み出されていく。脳の多くの領域の神経細胞の産生は出生前までに終了する（ただし、海馬などでは一生涯、神経細胞が作られる。このお話はシリーズ後半で……）。その後、1月号で紹介したアストロサイトやオリゴデンドロサイトなどのグリア細胞が産生されるようになる。
☆神経細胞の移動
生まれた神経細胞たちの多くはその場所にとどまらず、遠方まで移動する。大脳皮質を例に取れば、神経幹細胞は内側（脳室側）に存在しているが、産生された神経細胞は脳の表面側に向かって移動する。その際に、大脳皮質では後から生まれた神経細胞が、先に生まれた神経細胞を追い越して、さらに脳の表面側に配置されることが知られている。ちょうど、建築物が順々に積み上がっていくように、同じ誕生日の神経細胞たちがそろって移動して大脳皮質の層が形成されるのだ。
さらに遠い距離を移動する神経細胞もいる。今述べた大脳皮質の神経細胞はグルタミン酸という神経伝達物質を使う種類の細胞たち（興奮性神経細胞）なのだが、GABAという別の種類の神経伝達物質を使う細胞群（抑制性神経細胞）は、実は大脳基底核の領域である脳の腹側（下側）で作られ、そこから背側（上側）に向かって移動する。最終的に大脳皮質で働く神経細胞であれば、最初から抑制性の細胞も大脳皮質で作ればよさそうなものだが、細胞の種類ごとに、それを作るために働く分子が異なるために、このように作る段階では分けておいて、後から必要なところに配置する、という戦略が採られている。
☆神経回路の形成
では、どのようにして神経細胞から神経回路がつくられるのだろうか？ 脳の中でつくられた神経細胞は、「軸索」という突起を伸ばして、結合すべき相手方を探す。軸索の最先端部は手のひらのような形をしており（成長円錐(すい)と呼ばれる）、どちらに進むべきかのセンサーとして働く。「こっちの水は甘いぞ」「こっちの水は苦いぞ」と軸索を誘導する物質を感知し、苦い方を避けつつ、甘い方に向かって軸索が伸びていくのだ。この誘引・反発物質は神経細胞の移動にもかかわる。また、ところどころに標識を持って立ってくれているようなガイド役の細胞もいる。「ここで背中側に曲がって下さい」などの指示を出すのである。神経細胞は集団として行動するので、パイオニアの神経細胞が正しく軸索を伸ばした後に後発隊が続いていくのが常である。
神経細胞が相手方を見つけると、成長円錐は形を変えて「シナプス」となる。このプロセスにおいては、相手方とくっつくための“糊(のり)”として働くような物質が何種類もあり、それぞれ重要な役割を果たす。
☆神経細胞の生存競争
神経細胞は必要以上に産生されることが分かっている。その中で、正しく神経結合できたものは生き残れるが、そうでない神経細胞は死んでいく。これは、神経結合した相手方から「栄養因子」を受け取ることができるからである。あらかじめ無駄となる細胞も作っておくという点でエコではない戦略だが、その方が正しい神経回路を確実につくることが可能となる。
以上、脳の発生がダイナミックなプロセスであり、工業製品のように最適化されたデザインに基づいた作られ方とは異なることを示した。
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