「ノルアドレナリンを大量に放出する」驚いたときの脳の反応

驚くような出来事に出会った時、脳は一体どのような反応を示すのでしょうか。

When your brain needs you to pay attention to something important, one way it can do that is to send out a burst of noradrenaline, according to a new MIT study.

参照元：https://news.mit.edu/2022/noradrenaline-brain-surprise-0601
– マサチューセッツ工科大学 Massachusetts Institute of Technology. June 1, 2022 –

MITの新しい研究によると、脳が重要なことに注意を払う必要があるとき、その方法のひとつはノルアドレナリンを大量に放出することであるそうです。

この神経調節物質は、脳の奥深くにある青斑核と呼ばれる構造で生成され、脳全体に広く影響を及ぼす可能性があります。

マウスの研究において、ノルアドレナリン（ノルエピネフリンとしても知られる）の重要な役割の1つは、脳が意外な結果から学習するのを助けることであることを、MITチームは発見しています。

MIT脳認知科学科ニュートン教授で、MITピカワー学習・記憶研究所のメンバーであり、社会脳サイモンズセンターのディレクターであるムリガンカ・スール氏は話します。

スール氏：この研究が示すのは、青斑核は、予期せぬ出来事をコード化しており、それらの予期せぬ出来事に注意を向けることが、脳が環境を把握するために極めて重要だということです。

研究チームは、ノルアドレナリンが、驚きのシグナルとしての役割に加え、特に報酬が提供されるかどうかが不確実な状況において、報酬につながる行動を促すのに役立つことも発見しました。

本研究は、本日発行の『Nature』誌に掲載され、スールが主執筆者を務めています。元MITポスドクで現在ラヴァル大学助教授のVincent Breton-ProvencherとMIT大学院生のGabrielle Drummondが論文の主執筆者です。

行動を制御する

ノルアドレナリンは、ドーパミン、セロトニン、アセチルコリンと並んで、脳に影響を与えるいくつかの神経調節物質のひとつです。

細胞間のコミュニケーションを可能にする神経伝達物質とは異なり、神経調節物質は脳の広い範囲に放出され、より一般的な効果を発揮することができます。

スール氏：神経調節物質は、脳の広い領域を灌流し、それによって、神経細胞が受ける興奮性または抑制性の駆動力を、よりポイント・ツー・ポイントで変化させると考えられています。このことは、この物質が、生存や脳の状態の調節に重要な、脳全体に関わる非常に重要な機能を有していることを示唆しています。

科学者達は、モチベーションと報酬追求におけるドーパミンの役割について多くを学んだが、ノルアドレナリンを含む他の神経調節物質については、あまり知られていません。

ノルアドレナリンは、覚醒作用や覚醒度を高める作用に関連しているが、過剰に分泌されると不安になります。

ノルアドレナリンの脳内主要供給源である小丘についてこれまでの研究で、小丘は脳の多くの部分から入力を受けるとともに、その信号を遠くまで送っていることが明らかになっています。

今回、MITの研究チームは、強化学習（試行錯誤による学習）と呼ばれる特定のタイプの学習におけるノルアドレナリンの役割を研究することになりました。

この研究では、マウスに、高周波数の音を聞くとレバーを押すように訓練し、低周波数の音を聞くとレバーを押さないように訓練した。高周波の音に正しく反応したマウスには水が与えられ、低周波の音を聞いたときにレバーを押すと、不快な空気が放出されました。

また、音量を大きくすると、レバーを強く押すことを学習しました。

また、音の大きさが小さいと、レバーを押すべきかどうか、より不確実なものになりました。

このことは、ノルアドレナリンが、報酬が不確実な状況下で、報酬を得るチャンスを得ることを促進することを示唆しています。

スール氏：動物がレバーを押すのは、報酬が欲しいからです。そして青斑核は、報酬が得られるから今押せ、という重要なシグナルを送ります。

研究チームはまた、このノルアドレナリン信号を生成するニューロンが、その出力のほとんどを運動皮質に送っていることも明らかにしました。

このことは、この信号が動物を刺激して行動を起こさせることを、より明確に証明しています。

驚きのシグナル

ノルアドレナリンの最初のバーストは、マウスを刺激して行動を起こさせるように見えるが、研究者らは、試行が終了した後にもしばしば2回目のバーストが起こることを見いだしました。

マウスが期待通りの報酬を得た場合、このバーストは小さいものでした。

しかし、試行の結果が意外なものであった場合、このバーストはより大きくなりました。

例えば、あるマウスが期待した報酬ではなく、一抹の空気を受け取ったとき、小丘からノルアドレナリンが大量に放出されました。

その後の試行では、報酬が得られるかどうかわからないレバーを押すことは少なくなりました。

スール氏：動物は常に行動を調整しているのです。すでに学習した課題であっても、今やったことに基づいて行動を調節しているのです。

マウスはまた、予期せぬ報酬を受け取った試行で、ノルアドレナリンのバーストを見せました。このバーストは、計画やその他の高次認知機能をつかさどる前頭前野を含む脳の多くの部位にノルアドレナリンを拡散させるようでした。

スール氏：私たちの行動はすべて驚きによって調整されるので、これは理にかなっているかもしれません。

研究チームは今後、ノルアドレナリンと他の神経調節物質（特に、予期せぬ報酬に反応するドーパミン）との相乗効果の可能性を探っていく予定です。

また、前頭前野が青斑核からの入力の短期記憶をどのように保存しているかについても、今後の実験での動物たちの成績向上に役立てたいと考えています。

本研究は、ケベック研究基金、カナダ自然科学・工学研究評議会、脳と行動研究財団のNARSAD若手研究者賞、国立衛生研究所、Simons Center for the Social Brainを通じたSimons Foundation Autism Research Initiative、中国国家自然科学基金、NIH BRAIN Initiativeから一部資金提供を受けて行われました。