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シナプス

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1: 2019/02/23(土) 11:48:19.54 ID:CAP_USER
誰も脳の配線図を理解していなかったが、コネクトームと呼ばれる脳の構造を代数的位相幾何学で理解できることが判明した。

人間のコネクトーム(白質の構造で基本的には脳の配線図といってよい)は、脳の異なる部分間をつなぐリンクのネットワークだ。リンクは、灰白質を構成する神経細胞体を接続する神経細胞「軸索」の突起の束である脳の白質によって図式化する。

脳に関する従来の見解では、灰白質が主に情報処理や認知に関与し、白質は脳の異なる部分間で情報を送信している、とされてきた。

白質の構造はあまり理解されてないが、いくつかの高度なプロジェクトによる研究で、コネクトームは当初考えられていたよりもずっと複雑だとわかってきた。人間の脳には、1014のシナプス結合で接続された1010ものニューロンがある。リンク同士の接続を図式化するのはもともと難しい上に、ネットワーク構造が画像解像度に依存するので、さらに難しくなっている。

構造を研究することで、白質は学習や脳の活動調整で重要な役割を果たしている証拠も出てきた。しかし、この役割が構造にどう結び付いているかは正確にはわからない。
https://www.technologyreview.jp/wp-content/uploads/sites/2/2016/08/neural-cycles.jpg

したがって、白質の構造をさまざまなスケールで理解することは神経科学の大きな課題である一方、適切な数学的ツールの欠如が、研究の進展を妨げていた。

しかし今日、この状況は代数的位相幾何学のおかげで変わろうとしている。神経学の研究者が徐々にだが初めて、代数的位相幾何学の価値を理解し始めている。従来、代数的位相幾何学は、空間や形状を分類するための「数学的な探求」だったが、ペンシルベニア大学のアン・サイズモア研究員(準計算機生物学者)などによるチームは、代数的位相幾何学がどのようにコネクトームの理解に革命をもたらすかを示した。

学問的探求において、代数的位相幾何学者は、異なるスケールで位相空間での対称性を見つけるという、試練を設定する。

数学において、対称性とは、視点を変更しても不変であることだ。たとえば正方形は90度回転しても形状が変わらない。これが対称性のひとつのタイプだ。

中でも、コネクトームを理解する上では、さまざまなスケールでも対称性を保つ数学的構造「永続的な相同性」の探求が重要だとわかってきた。

神経学者は、特定の認知機能は、脳全体に分散されているさまざまな神経ノードを利用することにずっと気付いていた。コネクトームプロジェクトの中心的な疑問の1つは、これらのノードが白質でどう接続されているかだ。

神経学者が白質繊維を研究する方法は、繊維の長さに沿って、どう水を拡散するかを観察することだ。拡散経路は、「拡散スペクトルイメージング」によって明らかにでき、白質の構造を理解できる。

詳細に調べるため、サイズモア研究員は8人の健康な成人の脳を測定した。これにより、すべての脳に同じ構造を探せた。チームは特に、聴覚系や視覚系、接触、圧力、疼痛に関する体性感覚システムなど、認知システムに関わる脳の83の異なる領域間のリンクを観察した。

こうして配線図を構築したサイズモア研究者のチームは、構造の研究に代数的位相幾何学の手法を適用することで、いくつかの重要な洞察が生まれた。

まず特定のノードのグループは、グループ内の各ノードが他のすべてのノードに接続された「すべての対全接続している」状態でクリークと呼ばれる構造を形成していることが明らかになった。認知システムのすべては、異なる数のノードを含むのクリークで構成されている。

しかし、分析により、もうひとつの重要な位相構造のグループが明らかになった。この位相構造は「サイクル」と呼ばれる閉じたループで、最初のノードが次のノードに接続し、その次のノードがまた次のノードに接続していき、最後のノードは最初のノードに接続してサイクルが閉じている。

続きはソースで
images (1)
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引用元: 【数学/脳科学】コネクトーム:脳の構造を代数的位相幾何学で理解できることが判明

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1: 2019/02/20(水) 16:17:47.94 ID:CAP_USER
マウスの脳を使った実験で、脳の組織が切断されていても1つのニューロンから別のニューロンへ、ワイヤレスに接続できる可能性が示されました。これまでに確認されていない全く新しい方法で脳がコミュニケーションを取っていると研究者はみています。

Slow periodic activity in the longitudinal hippocampal slice can self‐propagate non‐synaptically by a mechanism consistent with ephaptic coupling - Chiang - 2019 - The Journal of Physiology - Wiley Online Library
https://physoc.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1113/JP276904

Discovering a new form of communication in the brain The Daily
https://thedaily.case.edu/discovering-a-new-form-of-communication-in-the-brain/

Neuroscientists Say They've Found an Entirely New Form of Neural Communication
https://www.sciencealert.com/neuroscientists-say-they-ve-found-an-entirely-new-form-of-neural-communication

これまで、ニューロンは「シナプス伝達」「軸索輸送」「ギャップ結合」という3つの方法でコミュニケーションを取っていると考えられてきました。一方、科学者たちは多くのニューロンが一斉に発火すると弱い電場が発生することを脳波測定で観察してきましたが、この活動は非常に小さいため神経活動にはあまり影響しないと考えられてきました。しかし、医用生体工学の研究を行うDominique Durand教授らは、電場によって脳がこれまで知られていなかった方法でコミュニケーションを取っている可能性を示しました。

「私たちはまだ、この発見の『だから何?』という部分を理解していません。しかし、これは脳における全く新しいコミュニケーションの方法であるという事実にとても興奮しています」とDurand氏は述べています。

Durand氏らの研究チームが行ったのはin vitro、つまり試験管内などの条件下で行う実験です。マウスの頭部から抽出した海馬をスライスして脳波を観察したところ、ゆっくりした脳波の周期的活動が電場を発生させていたとのこと。

続きはソースで

GIGAZINE
https://gigazine.net/news/20190220-discovering-new-form-brain-communication/
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引用元: 【脳神経学】脳は組織が切断されていてもワイヤレスで接続する可能性がある[02/20]

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1: 2018/05/22(火) 19:50:11.55 ID:CAP_USER
宇宙放射線は、深宇宙のミッションに乗り出す宇宙飛行士に危害を加える最大の脅威のひとつです。
なかでも、脳に対する影響が無視できません。記憶を妨害し、元気なシナプスを破壊してしまうのです。
しかし幸いなことに、何粒か錠剤を飲むだけでそれが防げるかもしれません。
カリフォルニア大学サンフランシスコ校の研究者は、製薬会社Plexxikonが開発した薬が、宇宙放射線による記憶障害を予防する可能性があることを発見しました。
マウスを使った実験では、放射線に被曝した免疫細胞(ミクログリア)が健康なものに置き換わり、記憶機能にダメージを与える炎症を予防することがわかりました。

重要なのは、その効果が長続きするということです。薬を与えられていないマウスは・・・

続きはソースで

関連ソース画像
https://s.aolcdn.com/hss/storage/midas/b7a49bfda6bd6da9e63afb982038ecbe/206393928/marsdrug.jpeg

[Engadget US版より(原文へ)]
https://www.engadget.com/2018/05/21/drug-prevents-brain-damage-from-cosmic-radiation/

https://japanese.engadget.com/2018/05/21/drug-prevents-brain-damage-from-cosmic-radiation/
ダウンロード (1)


引用元: 【宇宙/医学】宇宙放射線による宇宙飛行士の記憶障害を予防する薬が開発される[05/22]

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1: 2018/03/16(金) 10:40:53.75 ID:CAP_USER
自閉症の人が抗がん剤のロミデプシンをごく少量だけ服用すると「社会性の障害」といった主たる症状が改善するのでは、という考えはかねてから存在しましたが、マウスを使った新しい研究で、抗がん剤の少量投与が長期にわたって自閉症のマウスに効果を発揮することが示されました。

Social deficits in Shank3 -deficient mouse models of autism are rescued by histone deacetylase (HDAC) inhibition | Nature Neuroscience
https://www.nature.com/articles/s41593-018-0110-8

Autism's social deficits are reversed by an anti-cancer drug: Using an epigenetic mechanism, romidepsin restored gene expression and alleviated social deficits in animal models of autism -- ScienceDaily
https://www.sciencedaily.com/releases/2018/03/180312201647.htm
https://i.gzn.jp/img/2018/03/14/autism-anti-cancer-drug/01.png

シナプスの足場タンパク質である「SHANK3」をコードするSHANK3遺伝子の変異は、自閉症や知的障害などと関連性があると見られています。今回の研究では、SHANK3遺伝子に変異のあるマウスに対して、3日間にわたってロミデプシンを少量投与する実験が行われたところ、効果が3週間にわたって持続したとのことです。
この期間はマウスにとっての青少年期から青年期後半、つまり「社会スキル・コミュニケーションスキルを発達させる発達段階」にあたるものでした。
短い投与期間で効果が持続するということが立証された今回の実験は、人間においても長期間の効果が見込める可能性を示唆しています。

研究を行ったニューヨーク州立大学バッファロー校の生理学・生物物理学教授であるZhen Yan氏は「現在、精神医学の治療で投与されている小分子化合物の多くは自閉症の主たる症状に効果を発揮しませんが、我々が行った化合物の少量投与は、副作用なしで、長期におよぶ大きな効果を自閉症に対して発揮することが示されました」と語っています。

続きはソースで

GIGAZINE
https://gigazine.net/news/20180314-autism-anti-cancer-drug/
images


引用元: 【医学】抗がん剤の少量投与により「社会性の障害」という自閉症の症状が長期間にわたって改善されることがマウスの実験で示される

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1: 2018/01/29(月) 17:15:14.04 ID:CAP_USER
人間の脳と同じ構造を持つプロセッサーを開発することでより高い処理能力と高エネルギー効率を実現しようとする試みは、多くの研究者たちが行っているところです。
2018年1月26日付のScience Advancesではそんな試みの1つである「人工ニューロン」に関して、人工シナプスを毎秒10億回以上発火させることができ、かつ必要なエネルギーは有機的なシナプスの1万分の1というシステムについて発表されています。

Ultralow power artificial synapses using nanotextured magnetic Josephson junctions | Science Advances
http://advances.sciencemag.org/content/4/1/e1701329

Artificial neurons compute faster than the human brain
https://www.nature.com/articles/d41586-018-01290-0

NIST's superconducting synapse may be missing piece for 'artificial brains' | EurekAlert! Science News
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2018-01/nios-nss011818.php

Googleの自動画像分類や言語学習プログラムに使われているような、人間の脳を模倣した人工知能(AI)のソフトウェアはコンピューターを大きく進歩させました。
しかし、これらのソフトウェアは人間がタスクを行うよりもはるかに多くのパワーを必要とするので、
既存のハードウェア向きとはいえません。

アメリカ国立標準技術研究所(NIST)は人間の脳のような仕組みのソフトウェアをより効率的に動かせる、神経形態学的なハードウェアの開発に力を入れている機関の1つ。
既存のハードウェアのトランジスタは一定間隔で1か0かの精密な情報を処理しますが、NISTの「神経形態学的な」ハードウェアは人間のニューロンのように異なるタイプの信号を作り出し必要時に応じて発火を起こすことで、複数のソースから得た小さな情報を蓄積していきます。
この仕組みによって少ないエネルギーでソフトウェアを動かすことができるとのこと。

ただし、ギャップ(シナプス)のあるトランジスター間で情報を送らなければならない時、伝導の効率は悪くなってしまいます。

続きはソースで

関連ソース画像
https://i.gzn.jp/img/2018/01/29/artificial-neurons-human-brain/0001.png

GIGAZINE
http://gigazine.net/news/20180129-artificial-neurons-human-brain/
ダウンロード


引用元: 【物理学/研究】人間の脳を模倣した「人工ニューロン」でコンピューターは人間以上の速度で処理できるように[18/01/29]

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1: 2017/05/26(金) 00:46:41.87 ID:CAP_USER
「知能遺伝子」52個を特定、IQ差の2割を説明 国際研究
2017年05月23日 10:47 発信地:パリ/フランス

【5月23日 AFP】人の知能に関連する52の遺伝子を発見したとする研究論文が22日、発表された。うち40については、この種の遺伝子として同定されたのは、今回が初めてだという。
 
また、今回の研究では、知能と自閉症との意外な関連性も明らかになった。将来的に、この成果が自閉症の発症原因解明の助けになる可能性もある。
 
米科学誌ネイチャー・ジェネティクス(Nature Genetics)に掲載された論文によると、新たに発見された「知能遺伝子」群により、調査対象者数万人の知能指数(IQ)テスト結果にみられる差異の約20%を説明することができるという。
 
今回の研究計画を立案したオランダ・神経ゲノミクス認知研究センター(Center for Neurogenomics and Cognitive Research)の研究者、ダニエル・ポスツマ(Danielle Posthuma)氏は「研究では、知能指数(IQ)への相当量の遺伝的影響を検出することに世界で初めて成功した」としながら、「知能の生物学的根拠に関する知見をもたらす成果となった」と続けた。
 
新たに発見されたIQ上昇に関連する遺伝子変異の大半は、特に神経細胞の分化や「シナプス」と呼ばれる神経情報の伝達経路の形成など、脳内における細胞発生の制御に関与するものだ。
 
科学者30人からなる国際研究チームは、13件の先行研究で収集された、欧州系被験者7万8000人分の遺伝子プロファイルと(IQテストに基づく)知能評価を詳細に調べた。

■自閉症との関連
 
IQの高さに関連する遺伝子変異の多くは、就学年数が長い、幼児期の頭のサイズが大きい、背が高いといったその他属性との関連がみられた。喫煙習慣を絶つことに成功するといったものもあった。
 
しかし、最も強く、そして最も驚くべき関連の一つは、自閉症との関連だったとポスツマ氏は指摘する。
 
ポスツマ氏は、AFPの取材に「高いIQ値に関連する遺伝子変異は、自閉症スペクトラム障害のリスク上昇にも関連している」と述べ、特に「SHANK3」遺伝子は「この関連性を説明するための非常に有力な候補」と説明した。
 
逆に、統合失調症や肥満症を患う被験者では、特定のIQ関連遺伝子が存在しないケースがより多くみられたという。

続きはソースで

▽引用元:AFPBBNews 2017年05月23日 10:47
http://www.afpbb.com/articles/-/3129212?pid=0
http://www.afpbb.com/articles/-/3129212?pid=0&page=2
ダウンロード


引用元: 【遺伝子学】「知能遺伝子」52個を特定、IQ差の2割を説明/国際チーム©2ch.net

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