「触覚が敏感な部位はなぜあるのか」触覚メカニズムが解明される

身体の一部が特に敏感である理由が解き明かされました。
ハーバード大学医学部の研究者らは、特定の皮膚部位の感度を高めるメカニズムを明らかにしました。

A new study led by researchers at Harvard Medical School has unveiled a mechanism that may underlie the greater sensitivity of certain skin regions.

参照元：https://hms.harvard.edu/news/unraveling-mystery-touch
– ハーバード・メディカル・スクール Harvard Medical School. October 11, 2021 –

触覚の謎を解き明かす
なぜ体の一部が敏感なのか、そのメカニズムが解明された

手や唇など、体の一部には他の部位よりも敏感な部分があり、私たちが周囲の世界の最も複雑な細部を見分けるために不可欠なツールとなっています。

この能力は、周囲の環境を安全に移動したり、新しい状況を素早く理解して対応したりするための、私たちの生存の鍵となるものです。

脳が、繊細で識別性の高い触覚に特化した皮膚表面に多くのスペースを割き、そこを支配する感覚ニューロンを介して絶えず詳細な情報を収集しているのは、当然のことかもしれません。

しかし、感覚ニューロンと脳がどのように結びついて、このような繊細な皮膚を生み出しているのでしょうか？

このたび、ハーバード大学医学部の研究者らは、特定の皮膚部位の感度を高めるメカニズムを明らかにしました。

この研究は、マウスを用いて行われたもので、2021年10月11日付のCell誌に掲載されました。

その結果、敏感な皮膚表面が脳内に過剰に存在するのは、思春期の早い時期に発症し、脳幹にまでさかのぼることがわかりました。

さらに、皮膚の敏感な部分に存在し、脳幹に情報を伝える感覚ニューロンは、敏感でない部分のニューロンよりも多くの結合を形成し、強い結合を持っています。

ハーバード・メディカル・スクールのエドワード・R・アンド・アン・G・レフラー神経生物学教授であるDavid Ginty氏は話します。

「今回の研究は、触覚の感度が高い皮膚の表面に、なぜより多くの脳領域が割り当てられるのかについて、そのメカニズムを解明するものです。基本的には、体の必要な部分で感覚が鋭敏になることを説明するためのメカニズムです。」

今回の研究はマウスで行われましたが、脳内の敏感な皮膚領域の過剰発現は哺乳類全体に見られ、このメカニズムが他の種にも一般化できる可能性を示唆しています。

進化の観点から見ると、哺乳類の体の形は劇的に変化しており、それが皮膚表面の感度の違いにつながっていると考えられます。

例えば、人間は手や唇の感度が高く、豚は鼻の感度が高く、世界を探索しています。

したがって、このメカニズムは、異なる種が異なる領域で感度を発達させるための柔軟性を提供すると、Ginty氏は考えています。

さらに、今回の発見は基礎的なものですが、将来的には、人間のある種の神経発達障害に見られる触覚の異常を解明するのに役立つかもしれません。

体性感覚ホムンクルスとは、人間の体の部位と、その部位からの信号が処理される脳内の対応する領域を図式化したもので、脳の感覚地図に描かれています。

印象的なイラストには、漫画のように大きな手と唇が描かれています。

これまで、脳内で敏感な皮膚領域が多く存在するのは、その皮膚領域を支配する神経細胞の密度が高いためであると考えられていました。

しかし、Ginty研究室の以前の研究では、敏感肌にはより多くのニューロンが存在しているものの、これらのニューロンの数は、脳のスペースの増加を説明するのに十分ではないことが明らかになりました。

Ginty研究室の研究員であるCeline Santiagoとともに研究を主導した神経生物学の研究員であるBrendan Lehnert氏は話します。

「私たちが予想していたよりも、敏感肌を支配しているニューロンの数はかなり少ないことに気づきました。」

Ginty氏は補足します。

「ただ、辻褄が合わないのです。」

この矛盾を解決するために、研究チームはマウスを使って一連の実験を行いました。

この実験では、ニューロンにさまざまな刺激を与えながら、脳とニューロンをイメージングしました。

まず、発達段階において、異なる皮膚領域が脳内でどのように表現されるかを調べました。

発育初期のマウスでは、足の毛のない敏感な皮膚は、感覚ニューロンの密度に比例して表現されていました。

しかし、思春期から成人期にかけて、この敏感な皮膚は、ニューロンの密度が変わらないにもかかわらず、脳内で過剰に表現されるようになりました。

Ginty氏は話します。

「このことから、脳内での神経細胞の過剰発現には、皮膚の神経細胞の密度だけでなく、何か別の要因があることがすぐにわかりました。」

Lehnert氏は話します。

「このような出生後の発達段階での変化は、本当に予想外でした。これは、私たちが周囲の触覚世界を表現し、触覚が特別な役割を果たす感覚運動ループを通じて世界の物体を操作する能力を獲得するために重要な、生後の発達における多くの変化のうちの1つにすぎないのかもしれません。」

次に研究チームは、感覚ニューロンからの情報を、より洗練された高次の脳領域に伝達する脳幹という脳の基底部に、敏感な皮膚表面の拡大表現があることを突き止めました。

この結果を受けて、研究者たちはあることに気づきました。

感覚ニューロンと脳幹ニューロンの間には、敏感な皮膚の表現があるに違いありません。

そこで研究者たちは、感覚ニューロンと脳幹ニューロンの結合を、肉球の皮膚の種類ごとに比較しました。

その結果、毛のない敏感な皮膚は、毛のある敏感でない皮膚に比べて、ニューロン間の結合が強く、数も多いことがわかりました。

このことから、研究チームは、神経細胞間の結合の強さと数が、脳内で敏感肌が過剰に表現されることに重要な役割を果たしていると結論づけました。

さらに、敏感肌の感覚ニューロンを刺激しなかった場合でも、マウスの脳内表現は拡大していました。

このことから、皮膚のタイプではなく、時間をかけて触覚を刺激することが、このような脳の変化を引き起こすと考えられます。

Ginty氏は話します。

「我々は、感覚空間の不均衡な中心的表現を説明する、この拡大の構成要素を明らかにしたと考えています。これは、この拡大現象がどのように起こるかについての新しい考え方です。」

次に研究者たちは、異なる皮膚領域が、その領域を支配するニューロンに、敏感な皮膚を支配するときにはより多くの強い結合を形成するなど、異なる特性を持つように指示する仕組みを調べたいと考えています。

Ginty氏は話します。

「シグナルは何ですか？これは非常に大きなメカニズム上の問題です。」

Lehnert氏は、今回の研究を単なる好奇心からのものだとしながらも、人間の神経発達障害の中には、触覚受容体と脳のつながりに影響を与える発達協調性障害という病気があることを指摘し、この2つの間の相互作用をさらに解明することが有益であると述べています。

Lehnert氏は続けます。

「この研究は、発達に伴う身体の表現方法の変化をメカニズムレベルで解明する多くの研究の一つです。セリーヌと私は、この研究が将来的に、ある種の神経発達障害の理解につながるのではないかと考えています。」

共同研究者は、ハーバード大学医学部のErica L. Huey、Alan J. Emanuel、Sophia Renauld、Nusrat Africawala、Ilayda Alkislar、Yang Zheng、Ling Bai、Charalampia Koutsioumpa、Jennifer T. Hong、Alexandra R. Magee、Christopher D. Harveyです。

本研究は、米国国立衛生研究所（F32 NS095631-01、F32-NS106807、K99 NS119739、DP1 MH125776、R01 NS089521、R01 NS97344）、William Randolph Hearst Fellowship、Goldenson Fellowship、Harvard Medical School Dean’s Innovation Grant in the Basic and Social Sciences、Edward R. and Anne G. Lefler Center for the Study of Neurodegenerative Disordersの支援を受けて実施されました。