皮膚感覚の知覚に関する新しい脳内神経回路を発見 - 理研

理化学研究所(理研)は5月22日、皮膚感覚を知覚する脳の神経回路メカニズムを解明したと発表した。

同成果は理研脳科学総合研究センター行動神経生理学研究チームの村山正宜 チームリーダーらの国際共同研究グループによるもので、米国の科学雑誌「Neuron」に掲載される。

皮膚感覚の情報は脊髄や視床を経由し大脳新皮質の第一体性感覚野(S1)に到達することが知られている。S1に到達した情報はより高次な脳領域に伝えられ、これを「ボトムアップ入力」と呼ぶ。また、反対に高次領域から低次領域への入力を「トップダウン入力」と呼ぶ。

従来の仮説では、皮膚感覚を知覚するためには皮膚からの外因性ボトムアップ入力が、注意や予測といった脳内活動による内因性トップダウン入力と融合することが必要だと考えられていた。この場合「何かに注意しなければ何も感じない」とうことになるが、人間は特に何も注意していなくても皮膚感覚の知覚は可能であり、この仮説では実体験を説明できていない。このように、皮膚感覚の知覚を形成するための基本神経回路とそのメカニズムについては詳しくわかっていなかった。

同研究グループは、マウスの肢を刺激した時に脳内で起こる神経活動を細胞レベルから回路レベルまで包括的に測定した。また、マウスが皮膚感覚を識別する課題を行っている最中の行動を解析した。

その結果、内因性トップダウン入力と外因性ボトムアップ入力が同じタイミングで連合する神経活動は観測されなかった。一方、皮膚感覚の情報が外因性ボトムアップ入力としてS1から高次脳領域に送られた後、再度S1へ「外因性のトップダウン入力」として自動的にフィードバックされる反響回路を発見した。また、外因性トップダウン入力は、従来提唱されてきた内因性トップダウン入力と外因性ボトムアップ入力の連合入力と同等の機能を担っていることがわかった。この外因性トップダウン入力を抑制したところ、マウスは皮膚感覚を正常に知覚できなくなったという。

今回の研究成果は、脳が2つの神経回路を状況によって使い分けている可能性を示唆するもので、今後、外因性トップダウン入力のメカニズムを解明することで、老齢による五感の知覚能力の低下予防・改善につながることが期待される。