何世紀にもわたって、脳はブラックボックスでした。どの領域が動き、記憶、感情に関連していると思われるかを観察することはできましたが、答えるのがはるかに難しい質問がありました。それは、その領域のニューロンを特に活性化するとどうなるでしょうか?脳の領域が機能に関連していることがわかっても、それらの細胞がその機能に関与していることを証明することにはなりません。知る必要があったし、 ニューロンを正確にオンまたはオフにする「スイッチ」を理解します。
そして、そのスイッチは予期せぬ場所、つまり単細胞藻類から来たのです。 2026年のノーベル生理学・医学賞は、アメリカ人のカール・ダイセロート氏とドイツ人のピーター・ヘーゲマン氏とゲオルク・ナーゲル氏が表彰された。 「光活性化イオンチャネルと光遺伝学に関する彼の発見に対して。」 この技術により、光を使用して神経細胞の活動を制御し、生きた脳内で神経回路が記憶、感情、行動にどのように関与するかを研究することが可能になります。
物語は一見素朴な疑問から始まります。ヘーゲマンは、小さな緑藻がどのようにして、 クラミドモナス・ラインハルティ、光を検出し、それに向かって移動することができます。 2000年代初頭、ゲオルク・ナーゲルとともに、 彼らは、これらの細胞の膜にある異常なタンパク質、チャネルロドプシンを特定しました。 青色光を受け取ると、タンパク質はイオンの通過を可能にするチャネルを開き、電気信号を生成します。驚くべきことは、このタンパク質が導入された実質的にあらゆる細胞を光に敏感にすることができるということでした。
そして決定的な質問が来ました。 藻類のタンパク質が光を電気信号に変換できるなら、それをニューロンでも同じことができるでしょうか? Karl Deisseroth と彼のチームは、チャネルロドプシン遺伝子をラットの神経細胞に導入しました。青い光を当てると、ニューロンが活性化する可能性があります。結果は 2005 年に発表されました。2 年後、ダイセロートは生きたマウスの脳でこの光スイッチを使用することに成功しました。光は文字通り神経回路に入り込んだのです。
重要なのは、単にニューロンを光に反応させることではありませんでした。それは精度でした。それまで利用できた技術では、比較的大きな細胞集団を刺激できましたが、光遺伝学により、特定の細胞集団を選択し、神経伝達そのものに匹敵する時間スケールであるミリ秒単位でそれらを制御することが可能になりました。このおかげで、科学者は次のような問題に対応し始めることができました。 神経科学の質問の 1 つである、特定の回路が活性化されると何が起こり、生物にどのような変化が起こるかを観察することです。
この変化により、光遺伝学は現代の神経科学の基本的なツールの 1 つになりました。これにより、運動、恐怖、記憶、中毒、またはさまざまな神経障害や精神障害に関連する回路を研究できるようになりました。動物モデルでは、特定の回路を選択的に活性化することで記憶を操作することさえ可能です。問題はもはや「脳のどの部分がこれに関係しているのか？」というだけではありません。なる もっと強力なものは、「まさにこれらのニューロンをオンにしたらどうなるでしょうか?」というものです。。私たちは森の分析から種子の理解へと進みます。
さらに、この賞の歴史には、知的なというよりも感傷的な皮肉があります。人間の脳を研究するための最も洗練された技術の 1 つは、植物細胞が光をどのように認識するかを研究することから生まれました。ダイセロート自身も次のことを強調しています 光遺伝学の最も深いルーツは植物学にあります。
当然のことながら、この技術は研究室からも流出しました。 最も有望な用途の 1 つは、特定の網膜疾患を持つ人々の視力の回復です。 このアイデアは、光に応答する通常の能力を失った細胞に光感受性タンパク質を導入し、光刺激を使用して視覚信号の一部を回復することです。これらの研究はまだ臨床研究の領域にあるが、もともと脳についての基本的な質問をするために考えられたツールがどこまでできるかを示している。
したがって、ノーベル賞は技術以上の何かを評価し、むしろ、ニューロンの集団を選択し、それに光を当て、何が起こるかを観察するという、体内で最も複雑な器官を実験する新しい方法に賞を与えます。何百万年もの間、小さな藻類が水中で道を見つけることを可能にしていた光は、今では私たち自身の心の道を探求する手段となっています。 そしておそらく、それがこの賞の最大の矛盾です。 脳を理解し始めるために、科学者はまず光に耳を傾けることを学ばなければなりませんでした。
