脳には「長い道のり」も必要です

脳の「配線」に関する新しい発見

霊長類の神経線維の接続©International University Bremen
読み上げ

短い経路が常に唯一の真の経路であるとは限りません。科学者は、長い神経線維の接続が短い接続と同様に脳機能にとって不可欠であることを証明することができました。 長期的には、これらの知見はアルツハイマー病や自閉症などの状態の診断と治療を促進する可能性があります。

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以前の理論によると、神経系の効率は、神経細胞間の可能な限り最短の接続によるものです。 科学者クラウス・ヒルゲタグ、国際大学ブレーメン(IUB)の神経科学教授、およびマーカス・カイザー、ニューカッスル・アポン・タイン大学(英国)のアカデミック・フェローは、脳の組織に関する新しい洞察を得ました。 彼らは彼らの研究で新しい発見に至ります:効率的な脳機能のために、長いつながりが時々さらに良いです。 この研究は、PLoS Computational Biologyの最新号に掲載されています。

「変更」よりも優れた直接接続

この研究は、霊長類とワームの脳からの定量的な神経解剖学的データの広範な分析に基づいています。 主に脳の研究では、霊長類の脳は、人間の脳との進化的な比較可能性のために研究されています。 ただし、現在の包括的な研究には、無脊椎動物の神経系も含まれます。 研究者は、情報伝達の効率と信頼性の点で、多くの短い連続神経線維が長い線維よりも不利であることを示しています。

マーカスカイザーは、「列車で旅行するようなもので、直結で高速に移動できます。頻繁に乗り換えることで旅が長くなり、接続を失う危険性があります。」同じことが脳にも当てはまります。 たとえば、アルツハイマー病の患者と自閉症の個人の脳スキャンは、広範囲にわたる機能的相互作用の著しい欠如を示しています。 ディスプレイ

何十億もの計算ステップ

長時間のコンピューター計算で、神経線維と神経接続の長さに関する世界で最も広範なデータベース

(軸索)霊長類の脳とワームCaenorhabditis elegansの神経系。 再編成によって既存の神経接続の全長をどれだけ短縮できるかを調べました。 これを行うために、プログラムは数十億の算術演算を実行し、接続された神経コンポーネントの潜在的な再配置が検証されました。 驚くほど多数の長い神経線維により、ニューロンの配線を最大50%削減できることがわかった。

「一般に、脳は、神経細胞間の多数の短い接続によって最適な効果が決定されるコンピューターと比較されますが、我々の研究は、神経成分間の異なる長さの接続を組み合わせることが重要であることを示しています。」クラウス・ヒルゲタグ。 この観察はまた、コンピューターの先駆者であるジョン・フォン・ノイマンが50年前に脳の機能のために設立したという仮定を裏付けています。

(国際大学ブレーメン、2006年8月8日-NPO)