細胞生物学の確立でノーベル医学生理学賞受賞の George Palade 先生が、1990年代初頭に創設した研究施設です。ここで、10年以上分子生物学の研究をしてました。ここからは、2009年にノーベル化学賞が出ています。世界的な研究所ですね。
UCSDのメインエントランスです
メインライブラリーに向かう歩道です
青空と窓が一体化してる印象ですね。
8・21・２０２４
いくら解剖しても何もわからず、困難を極めた「脳の機能特定」…この状況を打開したのはまさかの鉄棒が頭部を貫通した「悲惨な事故」だった!?
2/9(日) 7:01配信
22
コメント22件
現代ビジネス
Photo by gettyimages
「いつの日かAIは自我を持ち、人類を排除するのではないか―」2024年のノーベル物理学賞を受賞した天才・ヒントンの警告を、物理学者・田口善弘は真っ向から否定する。
【写真】知能とはなにか…意外と知らない人工知能と機械学習の「致命的な違い」
理由は単純だ。人工知能(AI)と人間の知能は本質的に異なるからである。しかし、そもそも「知能」とは何なのだろうか。その謎を解くには、「知能」という概念を再定義し、人間とAIの知能の「違い」を探求しなくてはならない。生成AIをめぐる混沌とした現状を物理学者が鮮やかに読み解く田口氏の著書『知能とはなにか』より、一部抜粋・再編集してお届けする。
『知能が脳にあることは共通認識なのに、その正体は“謎”だらけ…学会の専門誌でも「明確な定義はない」とされている「知能」の不思議』より続く。
脳はどのように働いているのか
脳が心を担っていることはこのようにかなり早くから知られていたものの、他の臓器と違い、脳がどのように働いているかを調べることは困難を極めた。
消化器や循環器なら解剖するなどして、生理学的な研究や臓器を構成する細胞の分子生物学的研究を積み重ねることで、構造と機能の関係がかなり詳しくわかってきたが、脳をいくら解剖してもどのように「心」を作り出しているかはわからなかったからだ。
そもそも「心」の実体すらわからず、脳は見た目には、のっぺりとした塊にしか見えず、よく見れば構造はあるとはいうものの、脳を見ただけではどこが何をやっているか杳(よう)として知れない。
この状況を打開したきっかけの一つは不幸な事故だった、と言われている。かなり有名な逸話だが紹介しよう。
米国のフィネアス・ゲージという建築技師が、作業中の事故で鉄棒が頭部を貫通するという瀕死の重傷で、前頭前野に広く損傷を受けた(図表1-3)。ゲージは仕事熱心で責任感も強く、会社や同僚からも高く評価されていたが、事故後、発作的で乱暴な振る舞いが増えて、家族や知人から「もはやゲージではない」と言われるほどの人格変容が起きた。
前頭葉を損傷したことで性格が激変したことは、情動を制御する中枢がこの部位にあることを強く示唆する。ゲージの事故が嚆矢(こうし)となり、脳の機能研究が一気に進んだとされている。実験動物の脳に損傷を加えたり、被験者の脳に電気刺激を加えたりすることで脳のどの部位がどんな機能を担っているのか、実験的に決められるようになったのだ。
2/9(日) 7:01配信
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「いつの日かAIは自我を持ち、人類を排除するのではないか―」2024年のノーベル物理学賞を受賞した天才・ヒントンの警告を、物理学者・田口善弘は真っ向から否定する。
【写真】知能とはなにか…意外と知らない人工知能と機械学習の「致命的な違い」
理由は単純だ。人工知能(AI)と人間の知能は本質的に異なるからである。しかし、そもそも「知能」とは何なのだろうか。その謎を解くには、「知能」という概念を再定義し、人間とAIの知能の「違い」を探求しなくてはならない。生成AIをめぐる混沌とした現状を物理学者が鮮やかに読み解く田口氏の著書『知能とはなにか』より、一部抜粋・再編集してお届けする。
『知能が脳にあることは共通認識なのに、その正体は“謎”だらけ…学会の専門誌でも「明確な定義はない」とされている「知能」の不思議』より続く。
脳はどのように働いているのか
脳が心を担っていることはこのようにかなり早くから知られていたものの、他の臓器と違い、脳がどのように働いているかを調べることは困難を極めた。
消化器や循環器なら解剖するなどして、生理学的な研究や臓器を構成する細胞の分子生物学的研究を積み重ねることで、構造と機能の関係がかなり詳しくわかってきたが、脳をいくら解剖してもどのように「心」を作り出しているかはわからなかったからだ。
そもそも「心」の実体すらわからず、脳は見た目には、のっぺりとした塊にしか見えず、よく見れば構造はあるとはいうものの、脳を見ただけではどこが何をやっているか杳(よう)として知れない。
この状況を打開したきっかけの一つは不幸な事故だった、と言われている。かなり有名な逸話だが紹介しよう。
米国のフィネアス・ゲージという建築技師が、作業中の事故で鉄棒が頭部を貫通するという瀕死の重傷で、前頭前野に広く損傷を受けた(図表1-3)。ゲージは仕事熱心で責任感も強く、会社や同僚からも高く評価されていたが、事故後、発作的で乱暴な振る舞いが増えて、家族や知人から「もはやゲージではない」と言われるほどの人格変容が起きた。
前頭葉を損傷したことで性格が激変したことは、情動を制御する中枢がこの部位にあることを強く示唆する。ゲージの事故が嚆矢(こうし)となり、脳の機能研究が一気に進んだとされている。実験動物の脳に損傷を加えたり、被験者の脳に電気刺激を加えたりすることで脳のどの部位がどんな機能を担っているのか、実験的に決められるようになったのだ。
脳の機能特定に立ちはだかる根本的な問題とは
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しかし、この機能特定のアプローチには根本的な問題があるのは明らかだ。実際に観測しているのは知能そのものではなく、知能が作用した結果に過ぎない。ゲージの例で言えば、実際に情動の不安定さが観測されたのではなく、厳密には情動が不安定になった場合に観測されるであろう行動が観測されたに過ぎない。にもかかわらず、この観測から「前頭葉が情動に関わっている」と結論付けてしまった。
もちろん情動そのものを観測することはできないのだから、このやり方はおかしくないように見える。しかし、結果的にこのような方法は「知能」を知能そのものではなく「知能が働いた場合の行動の変化」で定義せざるを得ない、という問題を看過したことになった。以下に見るように、これが生成AIで知能まがいの機能が実現した現在において大きな混乱の原因になっている。
このような研究はオプトジェネティクス(光遺伝学)という技術を使ってより精密化している。詳細な説明は省くが、オプトジェネティクスは「光照射のオンオフによって、機能を知りたい細胞の活動をミリ秒単位で精緻に操作する技術」である(https://www.med.keio.ac.jp/features/2024/1/8-156303/index.html)。
この技術を使って脳細胞を細胞単位で制御し、サルの手を動かすというようなことまでできている。だがそれでもまだ「脳のどの部位が何をしているのか？」という「場所と機能の関係づけ」が精緻化されただけであり、ここまできてもまだ、実際に脳がどのように働いているのか解明にはほど遠いのが現状である。
このように書くと脳の研究が全然進展していないみたいで、脳の研究を生業とされている皆さんの逆鱗に触れそうだが、もちろんそんなことはない。先に紹介したのは脳細胞に直接関与する侵襲型の研究だが、実際には非侵襲的な脳研究が膨大にある。
脳の活動度を計測する
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非侵襲的な脳研究とは脳の外部から脳細胞の状態を計測する方法で、健康診断でもおなじみのX線撮影とか超音波断層診断装置のようなものを思い浮かべるとわかりやすい。もっとも、X線や超音波は主に臓器の構造を調べるための観測手段だが、先に述べたとおり、脳はのっぺりとした構造性に乏しい器官なので、これらの観測手段はあまり役に立たない。脳を非侵襲に研究しようと思ったら構造ではなく活動度を計測できる手段でなければならない。
脳の活動度を非侵襲的に計測する手段は実のところかなりたくさんある。有名なところだと脳波(EEG)、MRIやNIRSがある。
脳波は、脳から出てくる電磁気的な活動で、これは脳神経細胞であるニューロンが電気化学的な素子であり、ニューロンの活性化が電気的な活動を伴うことから発生するものだ。脳波と脳の機能の関係については膨大な研究がある。例えば、脳波はその周波数により波(14~30)、波(8~13)、波(4~7)、波(0.5~3)に分類され、「覚醒時は波が活性化されるが睡眠時は低下する」など、脳波と脳の状態(機能)との関係はよく知られている。
MRIは、核磁気共鳴という難しい技術で脳の活動度を測るもので、表面でしか観測できない脳波と違って、脳の内部を断層診断的に観測できる。fMRIが主に観測しているのは「水の動き=血流」で、血流が激しいところは脳が活動しているという仮定のもとに、脳に様々な外部刺激を与えたときや人間がいろいろな作業をしているときに、脳のどの部位が活性化しているかを調べる。
NIRSは、脳から出る近赤外線を観測する技術で、脳波と同じように脳の表面でしか観測できないが、時間分解能に優れるが、局所性には劣るEEG(電気的な活動を測るのでEEGでは計測部位から遠い場所の脳の活動も一緒に測ってしまう)に対して、空間分解能に優れる(センサーを張り付けた部位の特異的な観測が可能)計測手段である。
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しかし、この機能特定のアプローチには根本的な問題があるのは明らかだ。実際に観測しているのは知能そのものではなく、知能が作用した結果に過ぎない。ゲージの例で言えば、実際に情動の不安定さが観測されたのではなく、厳密には情動が不安定になった場合に観測されるであろう行動が観測されたに過ぎない。にもかかわらず、この観測から「前頭葉が情動に関わっている」と結論付けてしまった。
もちろん情動そのものを観測することはできないのだから、このやり方はおかしくないように見える。しかし、結果的にこのような方法は「知能」を知能そのものではなく「知能が働いた場合の行動の変化」で定義せざるを得ない、という問題を看過したことになった。以下に見るように、これが生成AIで知能まがいの機能が実現した現在において大きな混乱の原因になっている。
このような研究はオプトジェネティクス(光遺伝学)という技術を使ってより精密化している。詳細な説明は省くが、オプトジェネティクスは「光照射のオンオフによって、機能を知りたい細胞の活動をミリ秒単位で精緻に操作する技術」である(https://www.med.keio.ac.jp/features/2024/1/8-156303/index.html)。
この技術を使って脳細胞を細胞単位で制御し、サルの手を動かすというようなことまでできている。だがそれでもまだ「脳のどの部位が何をしているのか？」という「場所と機能の関係づけ」が精緻化されただけであり、ここまできてもまだ、実際に脳がどのように働いているのか解明にはほど遠いのが現状である。
このように書くと脳の研究が全然進展していないみたいで、脳の研究を生業とされている皆さんの逆鱗に触れそうだが、もちろんそんなことはない。先に紹介したのは脳細胞に直接関与する侵襲型の研究だが、実際には非侵襲的な脳研究が膨大にある。
脳の活動度を計測する
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非侵襲的な脳研究とは脳の外部から脳細胞の状態を計測する方法で、健康診断でもおなじみのX線撮影とか超音波断層診断装置のようなものを思い浮かべるとわかりやすい。もっとも、X線や超音波は主に臓器の構造を調べるための観測手段だが、先に述べたとおり、脳はのっぺりとした構造性に乏しい器官なので、これらの観測手段はあまり役に立たない。脳を非侵襲に研究しようと思ったら構造ではなく活動度を計測できる手段でなければならない。
脳の活動度を非侵襲的に計測する手段は実のところかなりたくさんある。有名なところだと脳波(EEG)、MRIやNIRSがある。
脳波は、脳から出てくる電磁気的な活動で、これは脳神経細胞であるニューロンが電気化学的な素子であり、ニューロンの活性化が電気的な活動を伴うことから発生するものだ。脳波と脳の機能の関係については膨大な研究がある。例えば、脳波はその周波数により波(14~30)、波(8~13)、波(4~7)、波(0.5~3)に分類され、「覚醒時は波が活性化されるが睡眠時は低下する」など、脳波と脳の状態(機能)との関係はよく知られている。
MRIは、核磁気共鳴という難しい技術で脳の活動度を測るもので、表面でしか観測できない脳波と違って、脳の内部を断層診断的に観測できる。fMRIが主に観測しているのは「水の動き=血流」で、血流が激しいところは脳が活動しているという仮定のもとに、脳に様々な外部刺激を与えたときや人間がいろいろな作業をしているときに、脳のどの部位が活性化しているかを調べる。
NIRSは、脳から出る近赤外線を観測する技術で、脳波と同じように脳の表面でしか観測できないが、時間分解能に優れるが、局所性には劣るEEG(電気的な活動を測るのでEEGでは計測部位から遠い場所の脳の活動も一緒に測ってしまう)に対して、空間分解能に優れる(センサーを張り付けた部位の特異的な観測が可能)計測手段である。
【細胞生物学】卵子の元になる「卵母細胞」が何十年もほぼ老化しない理由が明らかに
2022/07/25(月) 21:16:13
卵子の元になる「卵母細胞」が何十年もほぼ老化しない理由が明らかに
人間の体を構成する細胞は、DNAを設計図として分裂して新しい細胞が生み出されます。
人間の体を構成する細胞は、DNAを設計図として分裂して新しい細胞が生み出されます。
細胞の寿命は通常数週間から数カ月、長いものでも数年となっており、寿命を迎えると分裂しなくなり、機能も停止します。
しかし、女性の卵子の元となる卵母細胞は何十年も卵巣の中で保存され、定期的に卵子を生み出します。
なぜ卵母細胞が何十年も長生きをするのかについて、スペインの研究機関・Centre for Genomic Regulationが論文を発表しました。
Oocytes maintain ROS-free mitochondrial metabolism by suppressing complex I | Nature
https://doi.org/10.1038/s41586-022-04979-5
卵母細胞は、胎児の時点で600万～700万個ほど作られ、出生時までに100万～200万個程度まで減少します。そして、思春期を迎える頃には30万個ほどまで減少し、新しく作られることはありません。体内にある卵母細胞の一部は、2回の分裂を経て23本の染色体を持つ卵子に成熟し、月一回の月経周期に排出されます。そのため、30万個もある卵母細胞のうち、卵子に成熟するのはわずか数百個ほどです。
by Internet Archive Book Images
卵母細胞は出生後に新しく作られることがないため、個数が限られています。そのため、研究するためには女性の卵巣から貴重な卵母細胞を取り出さなければならず、研究が困難です。
卵母細胞は出生後に新しく作られることがないため、個数が限られています。そのため、研究するためには女性の卵巣から貴重な卵母細胞を取り出さなければならず、研究が困難です。
ミトコンドリア 電子顕微鏡写真
Centre for Genomic Regulationの研究チームは、卵巣摘出手術を受けた19歳から34歳の女性の卵巣と、マウスとカエルの卵巣を使用して研究を行いました。その結果、卵母細胞のミトコンドリアが他の動物細胞のものとは異なる代謝経路を持つことが明らかになりました。
ミトコンドリアは、酵素を使って糖からエネルギーを取り出す代謝を行う細胞内小器官で、代謝の最後に電子伝達系という反応系を働かせます。研究チームによると、ミトコンドリアの電子伝達系の第一段階をつかさどる「複合体I」と呼ばれるタンパク質と酵素のセットが、卵母細胞ではほとんど不活性であるか存在しないことがわかったとのこと。
実はこの複合体Iの副産物として活性酸素が生成されるのですが、この活性酸素が細胞に損傷を与えると考えられています。研究チームは、卵母細胞で複合体Iでの代謝が行われないことが、卵母細胞が損傷を受けずに数十年も生き延びることにつながっている可能性を示唆しています。
研究チームによると、人間の卵母細胞以外に複合体Iが不活性あるいは存在しないことで長生きしていることが知られる細胞は、寄生植物であるヤドリギの細胞のみだそうです。
Centre for Genomic Regulationの研究員で論文の上級筆者であるElvan Böke氏は「ミトコンドリア複合体Iの阻害剤は、これまでがん治療に提案されてきました。この阻害剤が将来の研究で有望であるとされれば、卵母細胞を温存しながらがん細胞を標的にできる可能性もあります」と述べています。
Centre for Genomic Regulationの研究員で論文の上級筆者であるElvan Böke氏は「ミトコンドリア複合体Iの阻害剤は、これまでがん治療に提案されてきました。この阻害剤が将来の研究で有望であるとされれば、卵母細胞を温存しながらがん細胞を標的にできる可能性もあります」と述べています。
また、「女性の不妊症の4例に1例は説明がつかず、私たちは女性の生殖についてまだ多くのことを理解できていません。私たちは、卵母細胞が何十年も健康を維持するための戦略を発見し、なぜ高齢になると卵母細胞の戦略が失敗するのかを突き止めたいと考えています」とコメントしました。
（以下略、続きはソースでご確認ください）
Gigazine 2022年07月25日 08時00分
ダウン症も治療可能に? iPS細胞にゲノム編集、国内外で進む研究（朝日新聞デジタル） - Yahoo!ニュース
＞3本ある21番染色体のうち、1本の働きを丸ごと抑える技術の開発も進む。ただ、いずれも、まだ十分に確立されている治療法ではない。
これが、可能になるとダウン症も一挙に解決ですね。着実に進んでいると思います。
ダウン症も治療可能に? iPS細胞にゲノム編集、国内外で進む研究
3/21(火) 9:30配信
196コメント196件
ダウン症候群のある響稀くん=静岡市内
3月21日は世界ダウン症の日。ダウン症候群のある人は、日本に約8万人いると推定されている。この50年間で寿命が50歳延び、日々の生活や合併症への理解が深まってきた。さまざまなデータが集まり、治療につながる研究も進んでいる。
【写真】ダウン症の息子「かわいい」と思えなかった私 心のバリア消えた瞬間
ダウン症は、21番染色体が1本多い3本あることで発症する。大阪大学の北畠康司准教授（小児科学）によると、21番染色体には約300の遺伝子があり、遺伝子の働きが1・5倍になることで、様々な症状が表れるという。
たとえば21番染色体には、血液の増殖にかかわる重要な遺伝子があると考えられている。そのためダウン症の赤ちゃんのおよそ10%には、「一過性骨髄異常増殖症」という白血病のような合併症がみられる。
40代以降にアルツハイマー病を発症する人も少なくない。21番染色体にある「APP」という遺伝子によって、アルツハイマー病の発症にかかわるアミロイドβが、脳内にたまりやすいためと考えられている。
また、脳内の神経細胞が少ない一方で、神経細胞の働きを支える「アストロサイト」という細胞は多い。21番染色体にある「DYRK1A」という遺伝子の働きが強まっていることが原因とされる。
こうしたデータが集まってきたことで、ダウン症の根本的な治療や、さまざまな合併症に対する治療の研究が進んでいる。
北畠さんらの研究チームは、ゲノム編集により神経症状を改善することをめざしている。
難しいのは、ダウン症の人では神経の発達に関するDYRK1A遺伝子が過剰に働いているが、逆に遺伝子の働きを抑えすぎると、自閉症のリスクにつながることだ。北畠さんらは、ダウン症のある人から作ったiPS細胞を使って、遺伝子の数を正確に減らす技術の開発に挑戦している。
海外でも研究が進む。
2016年には、茶のカテキン成分で認知機能が上がったという研究結果が報告された（https://doi.org/10.1016/S1474-4422(16)30034-5）。
3本ある21番染色体のうち、1本の働きを丸ごと抑える技術の開発も進む。 ただ、いずれも、まだ十分に確立されている治療法ではない。
ダウン症のある人は、およそ15～30歳の頃に、話さなくなる、動かなくなる、好きだったものに興味がなくなるといった「退行様症状」が出ることがある。
米国の研究チームは、「免疫グロブリン」を投与することで、こうした症状が改善するという結果を発表した（https://doi.org/10.1186/s11689-022-09446-w）。今年から臨床試験を始める。
北畠さんは「自分の子がダウン症だと知ると、治療法がないことや将来に対する情報が少ないことから、ほとんどの親は漠然とした不安を抱える。医療者もダウン症のことを知らない人が多く、これまでは研究が進まなかった」と話す。
