改訂版執筆にあたって

2013年9月に出版された本書初版は「もっとよくわかる！」シリーズの脳神経科学編であり，脳の「スゴイ能力」を知るための入門書として位置づけられたものであった．筆者に課せられた任務は脳のスゴイ能力に触れることにあると解釈して執筆した．もとより，300ページにも満たない記述で脳のスゴさを書き尽くすことなどできない．また当然のことだが，初めて出会う専門語も多く，戸惑う読者の多かったことだろう．しかし，これは脳の機能を理解するため避けることはできない．そこで，初学者の読者にもできるかぎり読みやすく，わかりやすくすることを心掛け，図解も工夫して，読者を前に講義しているつもりで書いた．初版は教科書として多く採用されたとのことであり，また，脳科学の独学者の方からも好意的な評価をいただいた．

気づけば，初版の発行から8年も時を経てしまった．脳神経科学の研究は文字どおり日進月歩であり，新しい発見が次々に発表される．もちろん，最新の研究成果を網羅することはできないが，これは加えたいと思う事実は少なくない．そのうえ，読み返すたびに重要な事項の書き落としや説明不足が目立つ．考えると初版発行後すぐに何とか大幅に改訂したいと望んでいたのである．そして，その改訂の機会がついにやってきた．

改訂する以上，初版をそれなりに超えるものでなければならないとのプレッシャーを感じながら，神経発生，睡眠，概日リズムなど内容を広げ，さらにコラムを増やすなどの企画書はなんとか受理された．そして執筆が始まったのが，COVID-19蔓延で，外出自粛のまっただなかである．時間は十分にあった．しかし，重要なこと，すなわち，自らの老化が8年分進んでいることを忘れていた．タイピングの精度は格段に落ち，表現能力も怪しい．しかし，文字どおり老骨にむち打って，可能な範囲で完成させた．

改訂版では，第4部「脳と行動編」に多くの解説を加えることになった．これは初版における筆者の脳機能の理解が不十分であったことが原因である．筆者が脳科学に参入した20世紀半ばは電気生理学が研究の主流であった．その繊細で理論的な研究の成果をもとに，脳機能は数千億個のニューロンが織りなすネットワークのなかで生み出されていると理解されてきた．それは脳の基盤機能の解釈としては正しいが，脳機能はそれほど単純ではない．ニューロンネットワークには多様なアナログ調節機構が組み込まれているのだ．その1つは視床下部- 脳下垂体系から遊離され血液を介して脳や末梢臓器に作用する多様なホルモンである．もう1つのしくみはアストログリアである．ニューロンに倍する数のアストログリアが，ニューロンが遊離する伝達物質に反応して，広範囲にニューロンネットワークに影響を及ぼしている．その能力はまだ十分には解明できないほど重厚なものである．

さらに，脳は多様な感覚情報をもとに運動神経系で骨格筋を，自律神経系で内臓諸器官を操ることまでを包括した創造物であり，脳機能は末梢臓器との連携プレーのなかに生み出されているのだ．現在のコンピュータは演算速度とメモリー容量では人間の脳をはるかに凌りょうが駕するレベルになっており，適切な演算プログラムが与えられれば，桁外れのメモリー容量と演算速度を駆使して入力された情報から人知を超える「正解」を引き出すことができる．将棋や囲碁の名人がコンピュータに負けたと大騒ぎをするが，冗談じゃない．この例は棋士たちがもつ勝負師としての能力のみにコンピュータがやっと追いついたというべきである．AIと私たちの脳の決定的な違いは，その能力の発達に伴って，他者に対する思いやりや倫理・道徳をも同時に育むことができることにある．脳機能の理解は，AIを過信し，依存しようとしている現代社会に正しい評価を下すためにも必須だと考えている．本書がその一助になれば幸いである．

2021年7月

工藤佳久

● 改訂版執筆にあたって

● 初版はじめに

1 形から類推できない脳の働き ―― 脳は不可思議な臓器

2 エジプト時代，そしてギリシャローマ時代の脳

3 脳研究の闇の時代 ―― 心臓に奪われた心の座

4 18世紀後半～19世紀にかけて得られた脳研究への手がかり―― 生物電気の発見から機能局在の発見へ

5 19～20世紀にかけて発見されたニューロンの本質―― ゴルジとカハールの論争からシナプスと化学伝達物質の発見まで

6 20世紀半ばからの脳研究：ついに難攻不落の砦への攻略が始まった―― 電気生理学的解析と学際的研究

7 20世紀後半～21世紀の脳研究 ――脳機能の可視化が脳の牙城に大きな風穴を空けた

8 21世紀の研究に残されている難問 ―― まだまだ不明な部分が多く残されている

1 やっぱり形と機能には相関性がある

2 脳の形を見てみよう

3 脳の発生 ―― 脳組織ができあがるまで

4 ニューロン ―― 脳機能の主役

5 グリア細胞 ―― 脳機能の第2の主役

6 脳血管 ―― 脳内に張り巡らされるライフライン

7 神経回路網とその可塑性 ―― ニューロンの数だけでは測れない能力

1 小さな細胞に組み込まれたさまざまな驚くべきしかけ

2 静止膜電位とイオンチャネル ―― 生きている細胞の証し

3 活動電位とイオンチャネル ―― 活動する細胞の証し

4 生体における情報の形 ―― インパルスとよばれる信号

5 活動電位の伝導 ―― 神経線維を減衰することなく伝わる情報

6 シナプスにおける情報の伝達 ―― 脳機能発現の最重要システム

7 シナプスにおける情報の統合―― 何千何万のニューロンからの情報を活動電位の発現頻度で表現する

8 インパルスの粗密がつくる，脳内で使われる言葉44 ―― 無限バーコード

9 自己組織化する脳 ―― ソフトウェアは遺伝子と自らの意思

1 感覚の種類と感覚細胞 ―― さまざまな刺激を感じるしくみ

2 感覚の周波数符号化と投射 ―― 感じているのは脳か？ 体か？

3 感覚と情動および記憶 ―― おいしさは味だけじゃない

1 体性感覚とは？ ―― 意識しなくてもいつもある

2 皮膚に分布する多様な感覚器 ―― 体を守るセンサー

3 筋肉や腱にある状態を感知するしくみ ―― 固有感覚

4 感覚器への刺激がニューロンの信号に変換されるしくみ

5 感覚を脳に伝える求心性神経伝導路 ―― 感覚信号の通り道

6 感覚信号の終着点 ―― 感覚のホムンクルス

1 眼球は自動焦点自動絞り手ぶれ防止つき立体高感度カメラ

2 光エネルギーを神経信号に変換するしくみ ―― 視細胞は光電素子

3 網膜内での視覚情報処理 ―― 光や色を神経信号に変えるしくみ

4 網膜から脳への信号の通り道 ―― 位置情報を保ったまま送る

5 一次視覚野での情報処理 ―― 円柱状に受容する

6 脳が対象物を認識するまで

1 空気の振動を音センサーに取り込むまで

2 蝸牛で音を識別する ―― コンパクトに収納された広領域音センサー

3 有毛細胞で音を神経信号に変換する

4 内外の有毛細胞が音を“正しく” “聞き分ける”

5 音情報の脳への通り道 ―― 音源の位置も感知できる

1 嗅上皮と嗅覚受容細胞 ―― 匂い物質はまず粘液に溶け込む

2 嗅覚受容細胞での情報変換 ―― どんな匂いでも1パターン

3 嗅覚受容細胞に多様性をもたらす遺伝子

4 多様な匂いを嗅ぎ分けるしくみ ―― 意外に曖昧？

5 嗅覚受容細胞から脳へ ―― 整理，修飾が必要

6 嗅覚情報が脳で識別されるしくみ

1 味はいくつに分けられる？

2 基本味は5 種認識されている

3 味覚器とその分布 ―― コンパクトに収納された味細胞

4 味はどのように情報に変換されるのか？

5 味覚の中枢経路 ―― 味は脳でどのように感じられているのか

1 随意運動の実行ステップ ―― 単純？ いやいや複雑巧妙！

2 骨格筋とその運動ニューロン支配 ―― やわらかに体を動かすしくみ

3 2種の下位運動ニューロン ―― 大胆さと繊細さ

4 脊髄分節と神経の入出様式 ―― 脊髄の保護と入出力の両立

5 運動単位と運動ニューロンプール ――1個で多数を支配

6 運動ニューロンから骨格筋への伝達 ―― 神経筋接合部

7 骨格筋の構造とその興奮 ―― ここにも活動電位が生じる

8 興奮収縮連関 ―― Ca2 ＋を引き金としたダイナミックな反応

9 脊髄における運動制御 ――脊髄レベルでかなりの制御ができる

1 運動命令の発信拠点 ――運動のホムンクルス

2 皮質脊髄路 ――正確な随意運動にかかわる情報ハイウェー

3 腹内側経路 ――平衡，眼球運動，歩行，姿勢維持にかかわる

4 大脳皮質による運動の企画 ―― 視覚や記憶も総動員

5 運動野における運動の符号化 ―― ニューロン群が描く模様

6 大脳基底核 ――デリケートな運動をつくり出す複雑なループ機構

1 小脳は筋群をよりよく協調させる

2 小脳の構造 ――大脳より細かいひだをもつ

3 小脳の神経回路 ――整然と並んだ回路素子

4 小脳における機能局在 ――ここにもホムンクルスが

1 視床下部の形と機能 ――小さな体で大きな仕事

2 視床下部の驚くべき機能 ―― 下垂体からのホルモン分泌

1 交感神経と副交感神経による調節 ―― 活動か？ 休息か？

2 自律神経系の神経回路 ――1つの臓器に2つの指令

3 自律神経系から支配臓器への神経信号

4 支配臓器を多様に制御 ――カギは神経伝達物質受容体

5 内臓感覚神経とその役割 ―― おもらしをしない理由

1 神経伝達物質を使った広範囲調節系 ―― 実は大雑把でアナログ

2 脳が刻むリズム

3 アストログリアによる広範囲調節系 ―― まさかグリアが！

1 情動発現メカニズムの論争 ―― 脳が先？ 身体が先？

2 情動発現と大脳辺縁系 ―― 情動は脳のどこで起こる？

3 ぺーペズの回路 ――大脳皮質と視床下部の橋渡し

4 情動発現と扁桃体 ―― 恐怖を記憶する場

5 快情動の中枢 ―― 幸せはどこから生まれる？

1 ヒトと言語 ――言葉を操れるのは人間だけ

2 言語能力の発達 ――カギは咽頭室の位置

3 失語症から学んだ言語野の存在

4 脳画像による言語能力の解析 ―― 脳のどこが活動している？

5 言語の獲得 ――子どもは言葉をどう覚えるか

1 記憶は脳機能の基礎である

2 記憶の側面 ――昔を思い出したり自転車に乗ったり

3 記憶物質説の盛衰 ―― 記憶は食べられる？

4 記憶のシナプス仮説 ―― 伝達効率が変化していた！

5 シナプスの可塑性 ―― 解かれてゆく記憶のしくみ

6 記憶の痕跡，想起，そして再固定化

7 記憶における海馬の重要性 ―― 高等動物の場合

8 海馬で何が起こっている？ ―― グルタミン酸受容体と可塑性

9 記憶の分子メカニズム ―― ここまでわかった記憶の謎

1 筋力の低下が起こる疾患 ―― 筋への情報が遮断される

2 運動協調性の失調を主な症状とする神経疾患

3 記憶障害を生ずる疾患 ――ニューロンの大量脱落

4 てんかん ―― 脳が暴走する神経疾患

1 過度なストレスが引き起こす心の病

2 統合失調症 ―― 脳科学者の大きな課題

1 「こころ」とは何か

2 動物に心はあるか

3 心の成長

1 心の発現にかかわる脳のしくみ

2 ミラーニューロンと心の成長

1 心の病 ―― 心の病からみえる心の実体

2 洗脳の恐怖

1 臨死体験 ―― 魂のせいか？ 脳機能か？

2 脳と心は別次元？ ―― 晩年のペンフィールドとエクルズの結論

● 参考図書文献

● あとがき

● 索引

❶ゴルジが考案した染色法―ゴルジは強く染めすぎた？

❷たった1つの遺伝子の欠失で行動が変わる！

❸細胞内Ca2 ＋計測が神経活動を可視化した

❹ブロードマンは脳の機能局在を予見していた！ ―ブロードマンの脳地図

❺パッチクランプ法―チャネル分子の活動を目の当たりにする方法

❻脳のなかの幽霊―脳のやわらかさか？ 曖昧さか？

❼21世紀になってブレイクしたTRPチャネル群の研究

❽画像による視覚野の研究― “見て” わかる！

❾高性能眼球カメラを支える役者―眼球運動の重要性

❿平衡感覚も聴覚も有毛細胞が感じ取る

⓫「うま味」が基本味覚「Umami」と認知されるまで

⓬カエルの脚が生んだ成果―中枢シナプスのモデル標本

⓭ロボットサッカー選手が人間のサッカー選手に勝てる条件

⓮腸管は小さな脳

⓯ LSD25 ―精神異常を生じさせる薬物

⓰情動がなくなってしまった！―前頭葉皮質が人格に及ぼす影響

⓱ミラーニューロン（物まねニューロン）の発見 ―ひょっとすると人間性の発達につながっているかも？

⓲グルタミン酸研究―日本の神経科学研究者の大活躍

⓳場所細胞と格子細胞―記憶研究上の大発見

⓴密造麻薬が引き起こしたパーキンソン病

21アミロイドβは神経毒というより血流を阻害するゴミかも

22記憶低下を防ぐ方法……？

23自閉スペクトラム症―発達障害にせまる2冊の本

24慢性疼痛は心因性？ ―やっかいな痛み記憶

25再認識される「森田療法」

26面倒な心の病 ―筆者の克服体験記