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平成20年11月18日

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右脳と左脳の構造の違いを発見

−記憶をつかさどる海馬に違い−

 ヒトの右脳と左脳の機能的な違いについては、例えば言葉は左脳優位、空間認知は右脳優位、と知られています。しかし、神経のつながり方が右脳と左脳でどのように違うのか、を明らかにした研究はありませんでした。今回、JST基礎研究事業の一環として、自然科学研究機構 生理学研究所の篠原 良章 研究員(現・理化学研究所)は、重本 隆一 教授のもと、記憶形成をつかさどる部位(海馬注1))では神経のシナプス注2)(神経と神経のつなぎ目)の形や大きさが右脳と左脳で異なることを明らかにしました。この成果は、右脳と左脳の働きの違いのメカニズム解明につながると期待できます。本研究は、理化学研究所との共同研究による成果で、11月17日(米国東部時間)の週に「米国科学アカデミー紀要(PNAS)」(電子版)に掲載されます。
 研究チームはこれまで、シナプスにあるグルタミン酸受容体注3)(神経の間の信号の受け手のたんぱく質)の量の左右差について研究してきました。今回、新しく、左脳と右脳の海馬でシナプスの形や大きさが違うことを初めて見いだしました。また、シナプスの形や大きさによって、グルタミン酸受容体の量と種類にも違いがあることが分かりました。こうしたグルタミン酸受容体の量と種類は、記憶を形成する上で非常に重要な役割を担っていると考えられています。「右脳と左脳のシナプスは同じ」という説もありますが、そうではないことが分かりました。
 重本教授は、「記憶の原理として注目される“長期増強(LTP)注4)”という現象は、シナプスのグルタミン酸受容体の量と種類に影響されるので、左脳より右脳で起こりやすいのかもしれません。この研究を足がかりにすれば、右脳と左脳の機能が実際に違う理由を科学的に説明できるようになるのではないか」と話しています。

<研究の背景と経緯>

右脳と左脳の違いは何?
 一般的によく言われる右脳と左脳の機能の違いについては、数多くの心理学的な実験から明らかになっています。例えば左右の脳の機能的な違いは、言葉は左脳優位、空間認知は右脳優位、と知られています。しかし、この機能的な違いを、脳の神経の構造レベルに着目して研究した例はありませんでした。具体的には、脳の中の神経のつながり方など、細かい構造の違いや、つながり方の違いは分かっていませんでした。
 神経は、シナプスというつなぎ目で他の神経へ情報を伝えています。この時、主に使われている神経伝達物質(神経の間の信号である化学物質)がグルタミン酸です。シナプスにはグルタミン酸を感じるたんぱく質「グルタミン酸受容体」が存在し、その機能と構造の違いにより複数に分類されています。
 本研究チームはこれまでに、右脳と左脳では、このグルタミン酸受容体のたんぱく質の分子が異なる配置をとっていることを明らかにしました(2003年にScience誌で掲載など)。ただ実際に、こうした分子配置の違いが、神経のつながり方やシナプスといった脳の微細構造の中で、どのような違いや意味があるのかは分かっていませんでした。

<研究の内容>

 本研究チームは今回、脳の中の記憶をつかさどる海馬におけるシナプスの形や大きさ、その右脳と左脳での違いを、電子顕微鏡を用いてミクロの構造レベルで明かにしました。
 海馬(特にCA1と呼ばれる場所)にある神経シナプスの形を調べたところ、色々な大きさのものがあり、小さなものや、大きなマッシュルーム型のものも見つかりました(図1)。
 そして、このシナプスの大きさの違いは、そのシナプスに存在するグルタミン酸受容体のたんぱく質の分子の数(密度)の違いと関係していることが分かりました。また小さいシナプスと大きいシナプスでは、豊富に含まれるグルタミン酸受容体の種類も異なっていました(図2)。
 シナプスのつながり方を調べたところ、左脳と右脳では、つながり方によってシナプスの大きさと受容体の密度が左右非対称になっていることが分かりました(図3)。例えば、左脳では同じ左脳からの信号(海馬CA3領域からの信号)を受け取るシナプスは小さく、反対側の右脳からの信号を受け取るシナプスは大きくなっていました。また、右脳ではそれと正反対になっていました。
 なお、本研究はJST 戦略的創造研究推進事業 発展研究(SORST)における研究課題「記憶の脳内表現と長期定着のメカニズム」(研究代表者:重本 隆一 教授)の一環として実施されました。

<今後の展開>

 考えられる社会的意義は、以下の通りです。

右脳と左脳の機能の違いを科学的に説明することができるかもしれません。
 本研究から、右脳と左脳では、神経のつながり方によってシナプスの大きさが異なり、非対称であることが分かりました。右脳と左脳でシナプスというミクロな構造の違いが明かになりました。これまでにも右脳と左脳では機能の違いがあることが分かっていましたが、今回の発見によってその機能の違いを科学的に説明することができるかもしれません。例えば、記憶の原理として注目される“長期増強(LTP)”という現象は、シナプスのグルタミン酸受容体の量と種類に影響されるので、左脳より右脳で起こりやすいのかもしれません。
 この研究を足がかりにすれば、右脳と左脳の機能が実際に違う理由を科学的に説明できるようになると考えられます。

<参考図>

図1 シナプスには色々な大きさのものがあることが分かりました。

図1 シナプスには色々な大きさのものがあることが分かりました。

 電子顕微鏡でみた海馬のシナプスの形。神経のつなぎ目であるシナプスには大きさの小さいシナプスもあれば、大きくマッシュルーム型になったシナプスもあります。

図2 シナプスの大きさによって豊富に含まれるグルタミン酸受容体の種類が違いました。

図2 シナプスの大きさによって豊富に含まれるグルタミン酸受容体の種類が違いました。

 シナプスにおける信号の受け手である“グルタミン酸受容体”をつくるたんぱく質には、その分子構成によって様々な種類が知られています(NR2B、GluR1など)。本研究によってシナプスの大きさによって、その分子構成が異なることが分かりました。小さなシナプスではNR2B(青色)と呼ばれるグルタミン酸受容体の割合が、大きなシナプスではGluR1(赤色)と呼ばれる受容体の割合が多くなっていました。

図3 左脳と右脳で、神経のつながり方によって、シナプスの大きさやグルタミン酸受容体の密度が異なっていました。

図3 左脳と右脳で、神経のつながり方によって、シナプスの
大きさやグルタミン酸受容体の密度が異なっていました。

 海馬(特にCA1とよばれる領域)の神経の右脳と左脳のシナプスの違い。左脳では、同じ左脳からの信号(海馬CA3領域からの信号)をうけとるシナプスは小さく(緑色)、反対側の右脳からの信号をうけとるシナプスは大きくなっていました(黄色)。右脳ではそれと正反対になっていました。

<用語解説>

注1)海馬
 作業記憶などの記憶形成に重要とされる脳の部位。

注2)シナプス
 神経と神経のつなぎ目。その間で信号である神経伝達物質とよばれる化学物質のやりとりが行われる。

注3)グルタミン酸受容体
 シナプスにある“信号の受け手”となるたんぱく質。グルタミン酸という化学物質を受け取るものをグルタミン酸受容体と呼ぶ。

注4)長期増強(LTP)
 神経と神経のつながりであるシナプスの働きが、よく使われる部分では、強くなるという現象。シナプスにおけるグルタミン酸受容体の量と種類が大切な役割を果たしている。記憶のメカニズムとも言われている。

<論文名および著者名>

“Left-right asymmetry of the hippocampal synapses with differential subunit allocation of glutamate receptors”
Yoshiaki Shinohara, Hajime Hirase, Masahiko Watanabe, Makoto Itakura, Masami Takahashi, and Ryuichi Shigemoto

<お問い合わせ先>

 <研究に関すること>
重本 隆一 (シゲモト リュウイチ)
自然科学研究機構 生理学研究所 大脳皮質機能研究系・脳形態解析 教授
Tel:0564-59-5277 Fax:0564-59-5275
E-mail:

篠原 良章(シノハラ ヨシアキ)
理化学研究所 脳科学総合研究センター 平瀬研究ユニット 研究員
Tel:048-462-1111(内線7474)
E-mail:

 <JSTの事業に関すること>
科学技術振興機構 戦略的創造事業本部 研究推進部
内田 信裕(ウチダ ノブヒロ)
〒102-0075 東京都千代田区三番町5番地 三番町ビル
Tel:03-3512-3526 Fax:03-3222-2065
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 <報道担当>
自然科学研究機構 生理学研究所 広報展開推進室
小泉 周(コイズミ アマネ)准教授
〒444-8585 岡崎市明大寺町字西郷中38
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科学技術振興機構 広報・ポータル部 広報課
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