音は想定より早く新生児の脳に影響を与える

ジョンズホプキンス医学大学の研究チームが、母親の胎内で育つ子供の、音を聞く時期と、聞くことの影響について調査しました。
生まれたばかりのマウスでの実験の結果、想定よりも早く、音が、音を処理する脳の領域の「配線」パターンを変化させました。

Scientists have yet to answer the age-old question of whether or how sound shapes the minds of fetuses in the womb, and expectant mothers often wonder about the benefits of such activities as playing music during pregnancy. Now, in experiments in newborn mice, scientists at Johns Hopkins report that sounds appear to change “wiring” patterns in areas of the brain that process sound earlier than scientists assumed and even before the ear canal opens.

参照元：https://www.hopkinsmedicine.org/news/newsroom/news-releases/study-in-newborn-mice-suggests-sounds-influence-the-developing-brain-earlier-than-previously-thought
– ジョンズホプキンス医学 Johns Hopkins Medicine. 02/12/2021 –

科学者たちは、音が子宮内の胎児の心を形作るかどうか、またはどのように形作るかという昔からの質問にまだ答えていません。

妊娠中の母親は、妊娠中に音楽を演奏するなどの活動の利点についてしばしば疑問に思います。

現在、生まれたばかりのマウスでの実験で、ジョンズホプキンスの科学者は、科学者が想定したよりも早く、外耳道が開く前でさえ、音が音を処理する脳の領域の「配線」パターンを変えるように見えると報告しています。

現在の実験では、生後11日で外耳道が開く新生児マウスを使用しています。

人間の胎児では、外耳道は出生前、妊娠約20週で開きます。

ScienceAdvancesでオンラインで公開された調査結果は、最終的には、聴覚やその他の感覚の問題を引き起こす可能性のある脳内の異常な配線を検出して介入する方法を科学者が特定するのに役立つ可能性があります。

ジョンズホプキンス大学と医学部の生物医学工学の教授であるパトリックカノルド博士は話します。

「科学者として、私たちは私たちがどのように私たちになるかについての基本的な質問への答えを探しています。具体的には、私たちの感覚環境が私たちをどのように形作っているのか、そして胎児の発育のどのくらい早い段階でこれが起こり始めるのかを見ています。」

カノルド博士は電気工学のキャリアを開始し、マイクロプロセッサを使用して、科学への移行と脳の回路の研究に自然に貢献しました。

彼の研究の焦点は、脳の最も外側の部分である皮質であり、感覚知覚を含む多くの機能を担っています。

皮質の下には、成人ではニューロン間の接続が含まれている白い脳の物質があります。

発達中、白質にはいわゆるサブプレートニューロンも含まれています。

これは脳で最初に発達するものの一部です。ヒトでは妊娠約12週、マウスでは2週目の胚です。

ジョンズホプキンスの解剖学者マークモリバーは、白質で形成されたニューロン間の最初の接続のいくつかを説明したと信じられており、1973年にサブプレートニューロンという用語を作り出しました。

これらの原始サブプレートニューロンは、マウスを含む哺乳類の発達中に最終的に消滅します。

人間の場合、これは出生直前から生後数ヶ月まで起こります。

しかし、彼らが死ぬ前に、彼らはすべての感覚情報のための脳の主要なゲートウェイ、視床、および皮質の中間層の間の接続を確立します。

カノルド博士は話します。

「視床は、目、耳、皮膚から皮質への情報の仲介者です。視床またはその皮質との接続で問題が発生すると、神経発達障害が発生します。」

成人では、視床のニューロンが伸びて、軸索と呼ばれる長い腕のような構造を皮質の中間層に投射しますが、胎児の発育では、サブプレートニューロンが視床と皮質の間に位置し、ブリッジとして機能します。

軸索の終わりには、シナプスと呼ばれるニューロン間のコミュニケーションのつながりがあります。

フェレットとマウスで働いていたカノルド博士は、以前にサブプレートニューロンの回路をマッピングしていました。

カノルド博士はまた、サブプレートニューロンが他の皮質ニューロンよりも先に音に関連する電気信号を受信できることも以前に発見しました。

メリーランド大学の前職でカノルド博士が始めた現在の研究は、2つの質問に取り組んでいると彼は言います

音信号がサブプレートニューロンに到達すると、何かが起こり、音信号の変化がこれらの脳回路を変える可能性があります若い年齢ですか？

最初に、科学者たちは内耳の有毛細胞にタンパク質を欠く遺伝子操作されたマウスを使用しました。

このタンパク質は、音を脳に送られる電気パルスに変換するために不可欠です。

そこから、それは私たちの音の知覚に変換されます。

タンパク質がないと、脳は信号を受け取りません。

聴覚障害のある1週齢のマウスでは、正常な聴覚を持ち、通常の環境で飼育された1週齢のマウスと比較して、サブプレートニューロンと他の皮質ニューロンの間の接続が約25％〜30％多いことがわかりました。

これは、音が非常に若い年齢で脳回路を変える可能性があることを示唆していますと、カノルド博士は述べました。

さらに、研究者によると、神経接続のこれらの変化は、通常見られるよりも約1週間早く起こっていたということです。

科学者たちは以前、視床のニューロンが皮質の中間層に到達して活性化した後、感覚の経験が皮質回路を変えることができると考えていました。

これは、マウスでは外耳道が開く頃（約11日）です。

カノルド博士は話します。

「ニューロンが音などの入力を奪われると、ニューロンは他のニューロンを見つけるために手を差し伸べます。おそらく音の欠如を補うためです。これは私たちが思っていたよりも1週間早く起こっており、音の欠如が未熟な皮質の接続を再編成する可能性が高いことを示しています。」

音の欠如が脳の接続に影響を与えるのと同じように、科学者たちは、余分な音が正常な聴覚マウスの初期のニューロンの接続にも影響を与える可能性があると考えました。

これをテストするために、科学者は通常の聴覚の2日齢のマウスの子を、ビープ音が鳴るスピーカーのある静かな囲いの中に、またはスピーカーのない静かな囲いの中に入れました。

科学者たちは、ビープ音のない静かな囲いの中のマウスの子は、ビープ音のある囲いの中よりもサブプレートと皮質ニューロンの間の強いつながりを持っていることを発見しました。

しかし、ビープ音と静かな囲いの中に収容されたマウスの違いは、聴覚障害のあるマウスと通常の健全な環境で飼育されたマウスの違いほど大きくはありませんでした。

これらのマウスはまた、音のない静かな囲いの中で育てられた通常の聴覚マウスの子と比較して、サブプレートと皮質ニューロンの間に発達した神経回路のタイプの間でより多様性を持っていました。

静かな囲いの中で育てられた正常な聴覚マウスはまた、遺伝子操作された聴覚障害マウスと同様に、サブプレートと皮質領域でニューロンの接続性を持っていました。

カノルド博士は話します。

「これらのマウスでは、初期の音の経験の違いが脳に痕跡を残すことがわかります。この音への曝露は神経発達にとって重要である可能性があります。」

研究チームは、音への早期の曝露が発達の後半で脳にどのように影響するかを決定するための追加の研究を計画しています。

最終的に、彼らは、子宮内の音への曝露が人間の発達にどのように重要であるか、そして聴覚障害児に人工内耳を装着するときにこれらの回路変化をどのように説明するかを理解したいと考えています。

彼らはまた、未熟児の脳の特徴を研究し、サブプレートニューロンの誤配線を含む問題のバイオマーカーを開発することを計画しています。