三種類ある神経の可塑性

神経系は外界の刺激などによって常に機能的、構造的な変化を起こしている。

この性質を一般に“可塑性"と呼んでいる。

神経の可塑性は大きく3つに分けられる。

1つ目は、脳が発生していく時や発達していく段階にみられる可塑性。

2つ目は、老化や障害を受けた時などに神経の機能単位が消失するが、それが補填・回復されていく場合。

3つ目は、記憶や学習などの高次の神経機能が営まれるための基盤となっているシナプスの可塑性(synaptic plasticity)である。

引用from「神経の可塑性 とは」＝from"コトバンク"

参考資料→(私のブログ)「神経回路の生得部分と経験部分」

脳死とは

通常は、心臓が止まって、心臓が死に、その結果血液が流れなくなり、脳に酸素が供給されなくなり、脳も死ぬ。交通事故などで、脳だけが死んでしまう状態が脳死である。
17)脳死には、1)全脳死と2)脳幹死と3)大脳死とがある。
植物状態は外部表現する大脳の死であり、呼吸や消化活動などの生命維持をする脳幹は生きている。

グリア細胞の役割

グリア細胞は、電器を通さない絶縁体になっている。

神経細胞が出す情報は、電気信号という形で出すので、絶縁体がないと漏電してうまく伝わっていかない。

グリア細胞は、神経細胞と血管の間の中継ぎをして栄養分を神経細胞に送る。

グリア細胞は、脳内の異物や死んだ神経細胞の死骸を処理する。

このように、グリア細胞は、神経細胞にとって、必要不可欠の助手的役割を担っている。

参考資料→「グリア細胞」(fromWikipedia)

* 神経細胞の位置の固定（他の体細胞にとっての結合組織に相当）。
* 神経栄養因子の合成と分泌。
* 髄鞘（ミエリン）の構成要素となる。
* 過剰に放出されたカリウムなどのイオンの再取り込み
* 神経伝達物質を細胞内に回収することで伝達時間を限定させる。
* 血管内皮とともに血液脳関門を形成し、フィルタの役割を果たす


参考資料→「思考をつかさどる陰の立役者　グリア細胞」＝from"日経サイエンス"

三種類のプログラム細胞死

「プログラム細胞死」(fromWikipedia)

プログラム細胞死は、多細胞生物における不要な細胞の計画的（予定・プログラムされた）自殺

組織傷害などで細胞死を起こす壊死と異なり、一般にはPCDは生物の生命に利益をもたらす調節されたプロセスである。PCDは植物、動物、一部の原生生物で正常な組織形成や病原体などによる異常への対処として働く

プログラム細胞死は、細胞死を起こしたときの形態学上の違いから次の3つのタイプに分類

1)アポトーシスによる細胞死
注)「アポトーシス」(fromWikipedia)

アポトーシス (apoptosis) とは、多細胞生物の体を構成する細胞の死に方の一種で、個体をより良い状態に保つために積極的に引き起こされる、管理・調節された細胞の自殺すなわちプログラムされた細胞死

2)オートファジーを伴う細胞死
注)「オートファジー」(fromWikipedia)

(「オートファジー」)は、細胞が持っている、細胞内のタンパク質を分解するための仕組み

3)ネクローシス型のプログラム細胞死
注)「壊死」(fromWikipedia)

感染、物理的破壊、化学的損傷、血流の減少などが原因となる(細胞死)

注)すべては「Wikipedia」からの、少し改変しての抜粋引用。

頭頂連合野と図形の描写

頭頂連合野を損傷すると、点と点を結ぶことができなかったり、見ている図形を模写できなかったりする。

しかし、これは図形を描く能力がなくなったわけではない。

記憶されている図形を元にして、それを描くことはできる。

これは「トップダウン」式描写はできるが、「ボトムアップ」式描写ができないことを表すのではないか。

参考資料→(私のブログ)「異種情報を統合する高次連合野」
参考資料→(私のブログ)「階層的な情報処理」
参考資料→(私のブログ)「物体カテゴリーの認知と選択的注意」

ハトの人間顔負けの認識能力

「ハト」の「音楽識別能力」。

バッハとストラビンスキーの音楽をハトに聞かせると、70～75%の確率で判別できる。

ハトに、無意味な図形を160個覚えさせて、731日間に渡って記憶し続けていたという報告もある。

「ホシガラス」は、秋に餌を隠し、春にそれらを引っ張り出して食べる。
その餌を隠す場所は7000個所にも及ぶ。

ハトは、三段論法の推移的推論ができる。

また、ハトは、ハト、猫、木、花、カワセミ、動物、魚、蛾などの「(自然)概念」を持っている。

さらに、訓練(大体10セッション程度で)によって新たに概念(例えば、自動車、椅子、人工物一般)を獲得することもできる。

ハトは、マンガの登場人物「チャーリー・ブラウン」を切り分け別々した後、バラバラに切られた切片からも「チャーリー・ブラウン」だと認識できる。

しかし、ハトの頭の図を、くちばし、目、頭部と三つに切り分けると、ハトだとは弁別できない。

これは自然に身につけた概念と訓練によって身についた概念とでは認知方法に違いがあるからだろうと推測されている。

ハトは頭がいいので、覚えが早い。

単純な色の識別程度なら、数日で覚えてしまう。

ピカソとモネの絵の識別でも、約2週間で覚えられる。それが丸暗記ではない証拠に、未知のピカソやモネの絵でも識別できる。

ピカソやモネの絵から色彩を取り去り白黒写真にしても、識別できる。

つまり、判別基準は色彩ではない。輪郭線からの識別かを調べるために、輪郭線をぼやけさせたら、正答率は少し下がったが、余り変化はない。

上下や左右を逆さまにすると、モネの方では正答率が激減したが、ピカソでは余り変化がない。

参考資料→(私のブログ)「人間とハトの能力比較」
参考資料→(私のブログ)「歌を歌う鳴禽類」

脳はとても浪費家である

脳は、糖質の「ブドウ糖」と「酸素」を「エネルギー源」として血管から吸収し、それを使って働く。

成人男子の脳では、1日平均500キロカロリーを消費する。

全身の2%の重さしかない脳が、体の筋肉が消費する量と同じくらい使う。

しかし、脳の場合には、ブドウ糖を蓄えることができないので、供給が止まると、数分(1～2分)で使い果たしてしまう。

他方、酸素に関しては、肺から吸収される酸素量の約20～25％が、脳で消費される。

脳はとても浪費家である。

目的地へ無事到着する神経線維

特定の神経線維がちゃんと皮質内の特定の部位に結合するのは、化学物質が標的物質として、目的地の部位から放出され、それが神経線維の伸びる方向を誘導しているからである。

神経回路の生得部分と経験部分

視覚野は六層の層状構造で構成されている。

視覚情報はまずその内の第四層に入り、そこから表層と深層へと送り出される。

表層からは上位の連合野に信号が送られ、深層からは下位の視覚系(眼球運動の調節など)にフィードバックされる。

視覚野の六層の層状構造での各層における「長期増強」の強さに違いがある。

1時間の電気刺激によって長期増強を作り出すと、

第四層は2倍に増え、第二層と第三層では約6倍に増えたが、深層には変化がなかった。

それだけではなく、長期増強の起こり方は層によって違いが見られる。

第四層は、刺激後1時間で増強が起こり、2～3時間で最大になり、やがて減少する。

第二層と第三層は増強が始まるのが遅いが、強度も持続時間も何倍も大きく、15時間後も持続している。

視覚野の六層の層状構造で、外側膝状体から入力がある第四層は「有棘星状細胞」で、第二層と第三層は「錐体細胞」である。

有棘星状細胞は余り可塑性がなく、錐体細胞は可塑性が大きい。

ということは、皮質外からの入力部である神経細胞(有棘星状細胞)の骨格部分は、初めから生得的に配線されている。

だが、皮質内部の、細胞(錐体細胞)と細胞の間の配線は可塑性に富み、生後の経験によって新しい配線が敷設されていき回路網が出来上がる。

人間とハトの能力比較

「比較認知科学」は何をしているか。
参考資料→「名古屋大学　比較認知科学　川合研究室」

人間は、二次元の立体図を見ると、そこから立体をイメージすることができる。

ハトにはそれができない。

人間は、対象以外のものを単なる背景として認識の外に置くことができる。

ハトは、対象を背景から切り離さずに、空間全体を認識の対象にする。

人間には、原型を抽出する能力がある。
例えば、かなりゆがんで描かれた三角形からでも、これは三角形だと認識(抽象化)できる。

ハトにはそれができない。

感受性期には何が起こるか

人の第一次視覚野のシナプス密度は、出生時には1立方センチ当たり約2400億個である。

生後2ヶ月から急激に増加していき、生後8ヶ月の最高時点では、約5600億個にも達する。

その後、密度は減少していき、最終的には3000億程度になってしまう。

この過剰シナプスの発生とその整理が起こる時期が感受性期である。

この間に神経回路の具体的な構造と機能が決定していく。

具体的には、視覚中枢は、人でも動物でも、生後急速に発達して、複雑な神経回路を形成する。

どういう回路を作るかは、大まかなところは遺伝子が決める。

細かなところは、感受性期の経験が与える入力が決める。

例えば、視覚野内の傾きに反応する細胞群はどれだと決定していても、どの細胞がどの傾きに反応するかは経験的に決定されていく。

歌を歌う鳴禽類

人と同じように、多種多様な音を出すことができて、個体同士が音でコミュニケートするのは、鳥類の鳴禽類だけである。

参考資料→「「歌う鳥」の脳、人間の言語能力を解明する手がかりに」＝from"WIRED VISION"

1)人と鳥のみが二足歩行をしている。

2)人も鳥も良く共鳴する長い気道が真っ直ぐに伸びている。

人の言葉をまねすることができるのは、「インコ」と「オウム」と「九官鳥」だけである。

鳴禽類が鳴く歌には、「構造」があり、「内容」がある。

例えば、「アカカナリア」は、音素の組み合わせでシラブル(音節)を作り、そのシラブルを集めてフレーズ(単語)を作り、それをさまざまに並べて歌(文章)を作る。

「ヨシキリ」は、10くらいのフレーズの組み合わせで、何百もの歌のレパートリーを持つ。

「コトドリ」は、鳥の鳴き声・人の声はもちろん、車のクラクション、チェンソーの起動音、カメラの連写ドライブ音などまで真似する。

なお、「W・H・ソープ」による「言葉」(言語)についての定義。
1)命題的(明確な伝達内容)
2)統辞的(語順が構造的で、一種の文法が成立している)
3)目的性を備えている。

大脳辺縁系の扁桃体

情動の発現には大脳辺縁系の扁桃体が主要な役割を果たす。

その「扁桃体」へは、あらゆる感覚連合野(内臓感覚も含む)からの情報が流れ込む。

その情報をすべて統合して、さらに記憶情報とも照合した上で、生物学的な価値評価を与えるのが扁桃体の役割である。

例えば、扁桃体には、食べられるものに反応し、食べられないものに反応しない細胞がある。

これは細胞が「食べられる」という抽象概念(価値評価)を持つことを意味する。

参考資料→(私のブログ)「大脳辺縁系が担当する情動」
参考資料→(私のブログ)「心における「扁桃体」と「海馬」の役割」
参考資料→(私のブログ)「早く成熟する扁桃体」
参考資料→(私のブログ)「概念が生まれる前から扁桃体に組み込まれて」

海馬にある「場所ニューロン」

海馬にある「場所ニューロン」は、特定の場所に行ったときだけ発火する、場所の認知細胞である。
エピソード記憶には、必ず場所が必須の要素として入っている。
場所情報がしばしば記憶を呼び起こす際の手がかり(索引)として機能している。

大脳辺縁系が担当する情動

情動の発現には大脳辺縁系の扁桃体が主要な役割を果たす。

扁桃体へは、あらゆる感覚連合野(内臓感覚も含む)からの情報が流れ込む。

その情報に生物学的な価値評価を与えるのが扁桃体である。

大脳辺縁系が担当する「情動」は、原始的本能的行動の情的部分である。

それは、
食欲、性欲、喉の渇きなどの動物の基本的な生理的欲求がもたらす情動と、
それが満たされたときの快感と満たされないときの不快感(具体的には、怒り、恐怖、不安、悲しみ、喜び、安心感、期待、落胆)である。

情動は、体験者本人が主観的に感じて、主観的に言語表現できる感情と、
肉体的反応(表情、動作、身体上の生理的変化)を通じて、外部に表出されるものとがある。