脳の働きに関心を持つ神経科学者は、電気インパルスを介して感覚と思考の要素を相互に伝達できる細胞であるニューロンに自然と注目します。しかし、同様に研究に値するのは、それらの間にある物質、つまりこれらのニューロンの外側にある粘性コーティングです。鼻や関節の軟骨にほぼ相当するもので、魚網のように一部のニューロンにくっついており、ペリニューロナル ネット (PNN) という名前が付けられています。それらは、タンパク質の足場に結合した糖分子の長い鎖で構成されており、ニューロンを所定の位置に保持して、ニューロンの発芽と新しい接続の形成を防ぎます。
この能力を考えると、このほとんど知られていない神経コーティングは、脳に関する最も不可解な質問のいくつかに対する答えを提供します。なぜ若い脳は新しい情報を簡単に吸収するのでしょうか?心的外傷後ストレス障害 (PTSD) に伴う恐怖の記憶を忘れることが難しいのはなぜですか?アルコール依存症になった後、飲酒を止めるのが難しいのはなぜですか?また、マギル大学の神経科学者 Arkady Khoutorsky と彼の同僚による新しい研究によると、PNN は、神経損傷後に痛みが発生し、長期間持続する理由も説明できることがわかっています.
神経可塑性とは、ニューラル ネットワークが人生の経験に応じて変化したり、脳損傷後に自身を修復したりする能力です。このような楽な変化の機会は、人生の早い段階で発生する重要な時期として知られています。赤ちゃんが言語を習得するのは簡単ですが、大人になって外国語を習得するのはどれほど難しいかを考えてみてください。ある意味では、これは私たちが望んでいることです。母国語を理解できるようにする複雑なニューラル ネットワークが形成された後は、それらをロックダウンすることが重要です。これにより、ネットワークは私たちの残りの人生の間、比較的影響を受けずに残ります。
これは、重要な期間の後、ニューラル ネットワークが変化に抵抗するようになることを意味し、PNN がその主な理由です。それらはニューロン上で形成され、臨界期の終わりにニューラル ネットワークの配線を所定の位置にロックします。これは 2 歳から 8 歳の間に最も頻繁に発生しますが、PNN は成人期のニューロンでも、壊れにくい行動や長期記憶の形成に関連して形成されます。重要な時期の閉鎖を遅らせるか、何らかの方法で人生の後半に再開することができれば、若々しい神経の可塑性を回復し、怪我からの回復を促進し、変化に抵抗する困難な神経障害を元に戻すことができます.
最近の調査では、PNN を操作するだけで、これが実際に可能であることが示されています。たとえば、動物を完全な暗闇の中に置くと、視覚ニューロンでの PNN の発達が遅くなり、神経の可塑性が視覚の問題を修正するための臨界期がずっと長く開かれます。化学薬品や遺伝子操作も PNN を劣化させ、臨界期を再開させることができます。研究者はマウスに PTSD の原因となった記憶を忘れさせるためにこれを行いました (マウスの場合、音を聞いた直後に与えられた電気ショックの記憶)。
PNN の成長を刺激することも可能です。これは、誰かがアルコールを過剰に飲むと起こり、その結果、中毒に関与するニューロンにこれらのネットが形成されます.このコーティングは、ニューロンをアルコールの化学的毒性から保護すると考えられていますが、飲みたいという圧倒的な衝動を引き起こす思考プロセスも閉じ込めます.
神経科学者は過去数十年にわたって PNN のこれらの側面について学んできましたが、慢性疼痛に対する PNN の影響は、予期せぬ最近の発見でした。重要な時期を超えてネットの影響をさらに拡大するこの研究は、痛みの基礎科学の理解を深めるだけでなく、PNN 自体のより良い全体像を提供します。
損傷後も長く続く慢性痛は、克服するのが難しい神経回路の変化を反映しています。何かが痛いとき、私たちの全身が関与します。全身の特殊な痛みニューロンが神経インパルスを脊髄に伝達し、そこで脳に中継されます。これは、脊髄が痛みの感覚において主要な役割を果たしていることを意味します。実際、医師はしばしば出産の痛みを管理するために硬膜外麻酔を行います。これには、神経インパルスが脳に到達するのをブロックする腰椎脊髄の周囲の空間に麻酔薬を注入することが含まれます。
この時点で神経伝達を抑制するのではなく、神経損傷によってこれらのニューロンが過敏になったと想像してみてください。患部に軽く触れただけでも、ニューロンの衝動が脊髄を上っていき、激しい痛みとして記録されます。以前の研究では、このような過敏症を引き起こすメカニズムがいくつか特定されていましたが、PNN が関与するとは誰も予想していませんでした。
しかし数年前、Khoutorsky は、PNN が痛みの情報が伝達される脳領域の特定の小さなニューロンを覆っていることを報告する論文を見ました。これらの「抑制性介在ニューロン」は、疼痛ニューロン上でシナプスを形成し、疼痛シグナルを伝達する能力を抑制します。 Khoutorsky は、PNN が脊髄内の重大な痛みの中継点で同様のことを行っているのではないかと考え、大学院生の Shannon Tansley に調査を依頼しました。 「その時は何も知られていませんでした」とコウトルスキーは言いました。
Tansley は実際に、PNN が脊髄内の特定のニューロンを包み込み、痛みの信号を脳に中継していることを発見しました。ニューロンには、脊髄を脳に向ける長い軸索 (並んでいる次の細胞に信号を送る「尾部」) があります。また、PNN の小さな穴を通して一連の抑制性介在ニューロンが結合しており、抑制性ニューロンは、長く突き出たニューロンの発火を抑制し、脳に到達する信号を縮小し、痛みの感覚を鈍らせることができます。 Tansley は驚いたことに、脊髄中継点にあるこれらの抑制性ニューロンだけが PNN で覆われていることを発見しました。
この発見により、Khoutorsky のチームは実験用マウスで実験を行い、これらのネットが末梢神経損傷後の慢性疼痛に何らかの形で関与しているかどうかを判断するようになりました。彼らは、全身麻酔下で、坐骨神経痛として知られるマウスの後肢の神経の枝を切りました。これは、持続的な痛みを引き起こすことが知られている人の坐骨神経痛を模倣しています。数日後、Khoutorsky のチームは、マウスが温まった表面からどれだけ素早く反動するかを計るなど、無害なテストでマウスの痛みの閾値を測定しました。予想通り、チームはマウスのディスプレイが痛みの感受性を急激に高めていることを確認しましたが、突出しているニューロンの周囲の PNN が溶解していることにも気付きました。臨界期の脳の変化が PNN に影響を与えるように、マウスの神経損傷後の急激な変化は、脊髄の痛み回路の PNN を変更しました。
次にチームは、ネットの破壊の原因を突き止めました。ミクログリア、病気やけがの後に修復を開始する脳と脊髄の細胞です。ミクログリアと痛みの関係をテストするために、チームは、ミクログリアを実質的に持たないマウス (遺伝子工学によって可能になった) を使用し、同じ操作を実行しました。これらのマウスでは、PNN は坐骨神経手術後も無傷のままであり、驚くべきことに、マウスは痛みを伴う刺激に対して過敏になりませんでした。接続を確認するために、チームはさまざまな手段を使用して網を溶かし、マウスの痛みに対する感受性を高めました。
これは、PNNが痛みの感受性を直接抑制していることを証明しました.電極を使ってシナプス伝達を測定することで、Khoutorsky のチームはそれがどのように機能するかを突き止めました。 PNN の分解は連鎖反応を引き起こし、その結果、脳に痛みのシグナルを送る投射ニューロンからのシグナル伝達が増加しました。脳投影ニューロン。抑制ブレーキを失うことは、暴走する神経発火と激しい痛みを意味しました。
ミクログリアは、神経損傷後に疼痛ニューロンを過敏にする多くの物質を放出しますが、PNN に対するそれらの予期せぬ作用には、特異性という大きな利点があります。 「通常、ニューロン周囲網は可塑性を固定し、細胞も保護します」とKhoutorsky氏は述べた。 「では、なぜこれらの網はこれらの痛みを中継するニューロンの周囲にだけ存在し、他の細胞タイプの周囲には存在しないのでしょうか?」彼は、脊髄にあるこの痛みの中継点が非常に重要であるため、これらのニューロンとその接続を保護して、痛みの伝達を強力かつ確実に制御できるようにする必要があるのではないかと考えています。その安定性を乱すことができるのは、神経損傷のような劇的なものだけです。
「このメカニズムの優れた点は、特定の細胞タイプに対して選択的であることです」と Khoutorsky 氏は述べています。ミクログリアが放出して神経発火を増加させ、神経損傷後に痛みを引き起こす物質は、近くのすべてのタイプの細胞に影響を与えますが、PNN は脊髄の重要な中継点でこれらのニューロンのみを正確に包み込みます。
この慢性疼痛の新しいメカニズムをよりよく理解するための研究が進行中です。研究者が損傷後にこれらのニューロンで PNN を再構築する方法を開発できれば、慢性疼痛の新しい治療法を提供できる可能性があります。これは、現在の解決策であるアヘン剤が時間の経過とともに効力を失い、中毒性になったり、致命的な結果をもたらす可能性があることを考えると、緊急の必要性です。過剰摂取。
ニューロンの内部で何が起こっているかは興味深く、理解することが重要ですが、ニューラル ネットワークは個々のニューロンが結合して形成されます。ここで重要なのは、それらの間の空間にある放置された軟骨セメントです。
