脳内の大量の老廃物、その行方を科学者たちが絞り込む
(npr.org)- 脳の約 1,700億個の細胞が生み出す老廃物は、健康維持と神経変性疾患の理解に向けた重要な手がかりであり、Nature の3本の研究は、睡眠中に老廃物が排出される経路をより具体的に示した
- 深い睡眠時の 遅い電気波 が細胞周囲の液体を脳の深部から表面へ押し出し、この液体が血流を通って肝臓や腎臓へ移動する流れが観察された
- 除去対象にはアルツハイマー病のプラークに関連する アミロイド が含まれ、アルツハイマー病ではこの掃除システムが損なわれるという証拠が増えている
- マウス実験では毎秒 40回 の音と光の刺激が同じ周波数の脳波を誘導し、脳脊髄液の流入・汚れた液体の排出・アミロイドの運搬を増やした
- 人でも同じ仕組みで働くかはまだ確認が必要だが、加齢・損傷・脳血管の閉塞がこのシステムを妨げる可能性があり、アルツハイマー病、パーキンソン病、頭痛、うつ病の研究ともつながっている
脳の老廃物除去経路が再び注目される理由
- 脳には約 1,700億個の細胞 があり、通常の活動だけでも多くの老廃物が生じる
- 健康な脳はこの残骸を洗い流す必要があるが、老廃物がどこへ排出されるのかは長い間はっきりしていなかった
- 2つの研究チームが Nature に発表した 3本の論文 は、脳の老廃物除去システムをより具体的に説明している
- この結果は、さまざまな脳疾患を理解し、治療や予防を進める研究の手がかりになりうる
睡眠中の電気波が液体を押し出す
- 深い睡眠中、遅い電気波 が脳の深部にある細胞周囲の液体を脳表面へ押し出しているようだ
- 脳表面の精巧なインターフェースが、その液体に含まれる老廃物を血流へ吸収し、血流はそれを肝臓や腎臓へ運んで体外へ排出する
- この過程で運ばれる代表的な老廃物が アミロイド である
- アミロイドは、アルツハイマー病患者の脳で粘着性のプラークを形成する物質である
- アルツハイマー病では、脳の老廃物除去システムが損なわれるという証拠が増えている
グリンパティック・システムと「脳の配管」という比喩
- Jeffrey Iliff と Dr. Maiken Nedergaard は10年以上前、脳の内外にある透明な液体が老廃物を洗い流すシステムの一部だという考えを提唱した
- このシステムは glymphatic system と呼ばれる
- 名称は、感染防御、体液維持、老廃物や異常細胞のろ過を助ける リンパ系 に由来する
- Jonathan Kipnis はこのシステムを家の配管になぞらえている
- きれいな水が入り、手を洗った後に汚れた水が出ていく構造と同じだ
- リンパ系は細い管のネットワークで老廃物を血流まで運ぶが、脳にはこうした管がない
- 重要な疑問は、脳の中心部にある老廃物分子がどうやって脳の境界まで移動し、最終的に体外へ出ていくのかという点だった
マウス研究が示した2段階
- 2012年と2013年に Iliff と Nedergaard は、眠っている動物で 脳脊髄液 が脳をすばやく通過しながら老廃物を洗い流すという結果を示した
- その後は、何が液体を押し動かすのか、老廃物が脳組織と血流を隔てる障壁をどう越えるのかが残された疑問となった
- Kipnis の研究チームは、動物が深い睡眠に入ると現れる 遅い電気波 の強さを測定した
- 研究チームは、この波の測定が細胞間空間の液体である間質液の流れの測定につながると考えた
- この波はニューロン活動を同期させ、ニューロンを小さなポンプのように働かせて液体を脳表面へ押し出す信号として機能する
- この結果は2月の Nature 論文として発表された: Nature 論文
- MIT の科学者たちが率いた別の研究チームも、遅い電気波が老廃物除去を助けるという追加の証拠を示した
- アルツハイマー病様の状態を示すマウスに、毎秒 40回 発生する音と光の刺激を与えた
- 刺激は同じ低い周波数の脳波を誘導した
- テストでは、きれいな脳脊髄液の脳内流入と汚れた液体の排出が増加した
- 排出される液体には、アルツハイマー病患者の脳に蓄積する アミロイド が含まれていた
- この研究も Nature に発表された: Nature 論文
脳の障壁を抜ける出口
- Kipnis は別の論文で、アミロイドを含む老廃物が脳を保護する膜をどう通過するのかを扱っている: Nature 論文
- 研究チームは、この膜を通る 静脈 に注目した
- 静脈の周囲には、完全には密閉されていない袖状の空間がある
- この空間を通って脳脊髄液が流出し、老廃物が体のリンパ系へ運ばれる
人への応用に向けて残る課題
- 新たな研究は、脳の老廃物除去には2つの段階が必要だとみている
- 老廃物を脳を取り巻く 脳脊髄液 に押し込む段階
- それをリンパ系へ移し、最終的に体外へ排出する段階
- Iliff は、この2段階は別々に説明できるものの、生物学的にはほぼ確実に連動しているとみている
- マウスで得られた多くの結果は、まだ人で確認される必要がある
- げっ歯類と人では解剖学的な違いが大きい
- この結果は、アルツハイマー病のような 神経変性疾患 の危険因子研究とも結びついている
- 加齢、損傷、脳血管を塞ぐ病気は、脳の老廃物除去システムを妨げる可能性がある
- これらの要因はすべてアルツハイマー病の危険因子でもある
- 老廃物除去の障害は、パーキンソン病、頭痛、うつ病にも関与している可能性がある
- 遅い電気波を誘導する方法のように、脳が自ら掃除できるよう助けるアプローチは、さまざまな疾患の予防研究につながる可能性がある
- 訂正事項: 実験で使われた音と光の刺激は毎分40回ではなく、毎秒40回 だった
1件のコメント
Hacker Newsのコメント
深い睡眠の不足がアルツハイマー病や認知症のリスクを高めるという説ともよく合う
https://www.medicalnewstoday.com/articles/not-getting-enough...
https://www.sciencealert.com/study-finds-sleep-may-not-flush...
アルツハイマー病様の状態を示すマウスに、毎秒40回発生する音と光の刺激を与え、その刺激が同じ遅い周波数の脳波を誘導したという内容
実験では、きれいな脳脊髄液が脳に入り、汚れた液体が外へ出る流れが増え、その液体がアルツハイマー病患者の脳に蓄積するアミロイドを運ぶことも確認された
だとすると、睡眠の代わりにTMSのようなものを使えるという意味なのか、またこのシステムの失敗や機能低下が、電磁波に「アレルギー」があるという人たちを説明できるのかも気になる
人為的にこれを誘導できたとしても、身体の回復のように睡眠中に強化される他の機能のため、やはり睡眠は必要である可能性が高い
ただし、必要な睡眠量を減らしたり、睡眠不足による有害な影響の一部を和らげたりできる可能性はある
40Hzは強いパターン認識や集中した注意に近いように見える
新しい1日20時間勤務制のおかげで、兆万長者たちが大いに得をしそうだ
「脳が自らを清掃するのを助ける方法、たとえば遅い電気波を誘導する方法を見つければ、さまざまな障害を予防できる」というくだりを読んだ瞬間、バイノーラルビートが思い浮かんだ
大学時代、ひどく疲れているのにやることが多いときに使っていたビートがあり、20分ほど短く眠って回復するのに役立った
ときには昼寝自体も不要で、その時間のあいだ心をビートに委ねるだけで十分だった
その効果の一部が「深い清掃」を引き起こすことなら、こうした障害を減らす方法になり得るのではないかと思う
伝説的に1000ドルするという一番高いトラックをトレントで落としたが、何も変わらなかった。もしかすると、お金を払わなかったからかもしれない :)
脳を清掃するには脳組織そのものに直接作用する必要がありそうで、それが可能には見えない
マウスに光と音楽のショーを見せて脳の老廃物排出を誘導したというのはかなり驚きだ
夜にかぶって眠ると、睡眠中にそのプロセスを加速し、実際の睡眠時間を何倍にも増やしたかのようにしてくれる帽子が発明されるといい
医師、トラック運転手、パイロットのように過酷な勤務スケジュールの人たちに効果的かもしれない
使いたくない人は、使う人たちとの競争に負けて仕事を失うことになるから
40Hzでも光でもなく、人間を対象にした研究が10年以上ある位相標的聴覚刺激を扱っている
帽子ではないが、イヤホン一組とアプリまたは音声トラックがあればよい
睡眠時間は減ったのに、よりすっきり目覚めるのを感じた
「睡眠中の遅い電気波が、脳の深部から表面へと細胞周囲の液体を押し出す」のだとしたら、それが夢なのだろうか？
電気波と液体が脳細胞を叩いているのか？
眠ると視覚処理領域のニューロンが入力信号を受け取らなくなり、するとこれらのニューロンは周辺領域に使われ得る
その乗っ取りを防ぐために偽の信号を作って忙しく保つ、という理論で、かなり面白かった
本の名前を探したところ、David EaglemanのLivewiredだった
実験で使われた音声を再現できた
sox -b 32 -Dr 96k -n 40hz_1ms_pulse_1hour.flac synth 0.001 sin 10k fade t 0.0005 0 0.0005 pad 0.024 repeat 140000目的は、毎秒40回入力ニューロンを刺激して、その周波数ができるだけ脳の深く広い範囲に入るようにすることのようだ
マウスでは、音、光、振動による触覚を組み合わせてこの目的を達成した
こうしたニューロンの駆動が脳の老廃物除去に役立つという仮説で、正しければよいと思う
液体なら、睡眠中の頭の角度はどんな影響を与えるのだろう？
少し迷信めいて聞こえるかもしれないが、これは確かに体感できる
難しい精神労働、特にきつい読書を一定時間した後は、集中力が落ち、目が重くなるのを感じる
短く深い昼寝にうまく入れると、時には15分未満でも、それがすべて洗い流され、また集中できるようになる
変なたとえだが、その安堵感は満杯の膀胱を空にするのに似ている
こういう状況で昼寝をしないのは、非常に健康に悪く、ダメージが大きい気がする
夜に寝つくのに苦労しないのは幸いだが、日が昇ると脳がオフになるのを拒む感じがする
1〜2週間に一度くらい、遅い午前中になんとか昼寝に成功する
再び活力が湧き、すぐ動ける状態になる
在宅勤務の大きな利点の一つだ
強い精神集中を要する多くの職業や技能では、従事者に休憩時間が必要だったり、遂行限界があったりするという
思い出す代表例は国連の同時通訳者たちだ
リアルタイムの会話を約45分ほどしか通訳できず、その後は精神的疲労のため誤り率が指数関数的に上がるので、新しい通訳者と交代しなければならない
いつも心の上を解放感の波が通り過ぎるようだ、と表現していた
本当に気持ちよく、心から重みが持ち上げられたような明晰さで目覚める
少し混乱しているのだが、グリンパティック系はすでにかなり前から知られていたのでは？
記事は文字通り、グリンパティック系は知られていたが実際の作動メカニズムは分かっておらず、今回の研究がまさにそのメカニズムを明らかにする内容だと言っている
新しい部分は40Hzの光と音で、これまではマウスでしか行われていない