シナプス刈り込みとは何ですか?

意味

シナプス刈り込みはどのように機能するのでしょうか?

幼児期には、脳は大きく成長します。脳の発達初期にはニューロン間のシナプス形成が爆発的に起こります。これをシナプス形成といいます。

この急速なシナプス形成期間は、人生の早い段階での学習、記憶形成、適応に重要な役割を果たします。およそ2〜3歳で、シナプスの数はピークレベルに達します。しかし、このシナプス成長期間の直後に、脳は不要になったシナプスを除去し始めます。

脳がシナプスを形成すると、強化されることも弱化されることもあります。これは、シナプスが使用される頻度によって異なります。言い換えれば、このプロセスは「利用するか失くすか」の原則に従います。つまり、より活動的なシナプスは強化され、より活動的でないシナプスは弱まり、最終的には刈り取られます。この間に無関係なシナプスを削除するプロセスは、シナプス刈り込みと呼ばれます。

初期のシナプス刈り込みは主に遺伝子の影響を受けます。後は、私たちの経験に基づいています。言い換えれば、シナプスが刈り取られるかどうかは、発達中の子供が周囲の世界に対して経験することに影響されるということです。継続的な刺激によりシナプスが成長し、永続化します。しかし、子供がほとんど刺激を受けないと、脳が保持するそれらの接続は少なくなります。

シナプス刈り込みはいつ起こるのでしょうか?

シナプス刈り込みのタイミングは脳の領域によって異なります。一部のシナプス剪定は発達の非常に早い段階で始まりますが、最も急速な剪定はおよそ 2 歳から 16 歳の間に起こります。

初期胎芽期から2歳まで

胎児における脳の発達は、受胎後わずか数週間で始まります。妊娠 7 か月までに、胎児は独自の脳波を発し始めます。この期間中に、脳によって新しいニューロンとシナプスが非常に高い割合で形成されます。

生後 1 年間で、乳児の脳内のシナプスの数は 10 倍以上に増加します。 2 歳または 3 歳までに、乳児はニューロンあたり約 15,000 のシナプスを持ちます。

脳の視覚野（視覚をつかさどる部分）では、シナプス生成は生後約8か月でピークに達します。前頭前皮質では、シナプスのピークレベルは生後 1 年間のある時点で発生します。脳のこの部分は、計画や性格など、さまざまな複雑な行動に使用されます。

対象年齢 2歳から10歳まで

生後2年の間に、シナプスの数は劇的に減少します。シナプスの剪定は 2 歳から 10 歳の間に非常に急速に起こります。この期間中に、余分なシナプスの約 50 パーセントが除去されます。視覚野では、剪定は6歳くらいまで続きます。

思春期

シナプスの剪定は思春期まで続きますが、以前ほど速くはありません。シナプスの総数が安定し始めます。

かつて研究者らは、脳は思春期初期までしかシナプスを剪定しないと考えていたが、最近の進歩により、思春期後期に2回目の剪定期間があることが判明した。

成人初期

新しい研究によると、シナプスの剪定は実際には成人初期まで続き、20代後半のある時点で停止します。

興味深いことに、この時期、枝刈りは主に脳の前頭前皮質で起こります。前皮質は、意思決定プロセス、人格形成、批判的思考に深く関与する脳の部分です。

シナプス刈り込みは統合失調症の発症を説明できるのでしょうか?

シナプス刈り込みと統合失調症の関係を調べる研究はまだ初期段階にあります。この理論では、統合失調症の脳は「過剰に剪定されている」というもので、この過剰な剪定は、シナプスの剪定プロセスに影響を与える遺伝子変異によって引き起こされます。

たとえば、研究者らが統合失調症などの精神障害のある人の脳の画像を調べたところ、精神障害のある人は、精神障害のない人の脳に比べて前頭前野のシナプスが少ないことがわかりました。

次に、 大規模な研究10万人以上の死後の脳組織とDNAを分析したところ、統合失調症の人は、シナプス刈り込みのプロセスの促進に関連している可能性がある特定の遺伝子変異を持っていることが判明した。

異常なシナプス刈り込みが統合失調症の一因であるという仮説を確認するには、さらなる研究が必要です。それが実現するのはまだ先のことですが、シナプス刈り込みは精神障害を持つ人々の治療の興味深い目標となる可能性があります。

シナプス刈り込みは自閉症と関連していますか?

科学者たちは自閉症の正確な原因をまだ特定していません。複数の要因が関与している可能性がありますが、最近の研究により、シナプス機能に関連する特定の遺伝子の変異と自閉症スペクトラム障害（ASD）との関連が示されました。

脳が「過度に剪定されている」と理論づける統合失調症の研究とは異なり、研究者たちは、自閉症の人の脳は「剪定が不十分」である可能性があると仮説を立てています。 したがって、理論的には、この剪定が不十分であると、脳の一部の部分でシナプスの供給が過剰になります。

この仮説を検証するには、研究者研究者らは、2歳から20歳までに亡くなった自閉症の有無にかかわらず、13人の子供と青少年の脳組織を調べた。科学者らは、自閉症の青少年の脳には、定型発達の青少年の脳よりもはるかに多くのシナプスがあることを発見した。両方のグループの幼児はほぼ同じ数のシナプスを持っていました。これは、この状態が剪定プロセス中に発生する可能性があることを示唆しています。この研究ではシナプスの違いのみが示されており、この違いが自閉症の原因か結果なのか、それとも単なる関連なのかは明らかになっていません。

この不十分な剪定理論は、てんかん発作だけでなく、騒音、光、社会的経験に対する過敏症などの自閉症の一般的な症状のいくつかを説明するのに役立つ可能性があります。一度に活動するシナプスが多すぎると、自閉症の人は脳の反応が細かく調整されず、ノイズの過負荷を経験する可能性があります。

さらに、過去の研究では、自閉症と、mTOR キナーゼとして知られるタンパク質に作用する遺伝子の変異とが関連付けられています。自閉症患者の脳では、過剰に活動するmTORが大量に発見されています。 mTOR 経路の過剰活動は、シナプスの過剰な生成と関連していることも示されています。 1つ勉強mTORが過剰に活動しているマウスはシナプス刈り込みに欠陥があり、ASDのような社会的行動を示すことを発見した。

シナプス刈り込みに関する研究はどこに向かっているのでしょうか?

シナプス刈り込みは脳の発達に不可欠な部分です。使われなくなったシナプスを取り除くことで、年齢を重ねるにつれて脳の効率が向上します。

今日、人間の脳の発達に関するアイデアのほとんどは、この脳の可塑性のアイデアに基づいています。研究者らは現在、薬物療法や標的療法で剪定を制御する方法を研究している。彼らはまた、シナプス刈り込みに関するこの新しい理解を幼児教育を改善するためにどのように利用するかについても検討しています。研究者らはまた、シナプスの形状が精神障害にどのような役割を果たしているのかについても研究している。

シナプス剪定のプロセスは、統合失調症や自閉症などの症状を持つ人々の治療の有望な標的となる可能性があります。ただし、研究はまだ初期段階にあります。