1.4: 神経解剖学入門

神経解剖学の研究を通じて、科学者は私たちの行動を制御する複雑なシステムをナビゲートするための地図を描こうとしています。微視的なレベルでは、神経解剖学者はニューロンとして知られるシグナル伝達細胞間の関係を調査します。グリアとして知られるメンテナンスセル。そしてそれらを支える細胞外マトリックス構造。より広い視野から、臓器レベルでは、神経解剖学は脳の構造と神経経路を調べます。

このビデオでは、この分野の歴史、神経解剖学者が尋ねる主要な質問、およびそれらの質問に答えるために利用できるツールを紹介することにより、神経解剖学的研究の概要を説明し、その後、神経解剖学を調査するいくつかの特定の実験のレビューを提供します。

まず、この神経科学の分野の歴史を振り返ることから始めましょう。神経解剖学研究のルーツは、ヒポクラテスが精神活動が心臓ではなく脳に存在するという仮説を立てた紀元前4世紀にさかのぼることができます。

しかし、15世紀の終わりまで、教皇シクストゥスIVが人間の解剖の汚名を着せなかったとき、神経解剖学の研究が活性化されたのは、1543年にアンドレアス・ヴェサリウスの「人体の働きについて」の出版に反映されています。

この作品を拡張して、1664年にトーマス・ウィリスは?脳の解剖学?」で、彼はいくつかの新しい神経学的構造を紹介し、それらの機能について推測しました。この研究は現在、現代の神経解剖学の基礎であると考えられています。

16世紀末、顕微鏡の発明は、神経解剖学研究に第2の革命をもたらしました。この技術的ブレークスルーに続いて、1873年にカミッロ・ゴルジは、顕微鏡下で単一のニューロンを視覚化する染色技術を発明しました。

これらの革新のおかげで、1888年にサンティアゴ・ラム・イ・カハールは、脳の解剖学的および機能的単位がニューロンであるという考えであるニューロンドクトリンを策定しました。

巨視的なレベルに戻ると、1909年に、コルビニアン・ブロードマンは一連の脳地図を発表し、大脳皮質を52の異なる領域に分割しました。ブロードマンの野。これらのマップは、さまざまな皮質領域が異なる細胞構造を持っているという彼の観察に基づいていました。

その後、1957年に、ワイルダー・ペンフィールドとセオドア・ラスムッセンは、皮質ホムンクルスを生成しました:特定の運動機能と感覚機能を制御する領域を示す選択されたブロードマン領域のより詳細なマップ。

微視的および巨視的なレベルでの神経系構造に関するこれらの印象的な歴史的研究に基づいて、今日の神経解剖学者は、構造が機能にどのように関連しているかについて疑問を投げかけています。まず、一部の研究者は、特に細胞構造、つまりニューロンとグリアの配置に焦点を当てています。例えば、脳内の特定の核やニューロンクラスターを調べるには、そこにあるニューロンのサブタイプや、それらの細胞が他の脳領域とどのようなつながりを持つかを特徴づけることが有用です。

細胞構造が動的であることを考えると、この分野のもう一つの重要な問題は、神経解剖学的変化がどのように、そしてなぜ起こるのかに焦点を当てています。

例えば、学習と記憶は「神経可塑性」と関連しています。または、ニューロン間の構造的接触点の変化など、神経経路の変化。樹状突起スパインと呼ばれる小さな突起は、活動に応じてサイズ、形状、数が動的に変化する可能性があります。

神経系の構造を理解することも、その機能不全を説明する上で極めて重要です。

例えば、衰弱性神経変性疾患は、パーキンソン病で観察されるドーパミン作動性ニューロンの変性など、特徴的な神経解剖学的変化と関連しています。

神経解剖学者が尋ねる主要な質問について説明したので、これらの科学者が答えを見つけるために使用するツールを確認しましょう。

まず、組織学、つまり染色された組織切片の分析は、細胞構造を研究するために不可欠な技術です。

神経解剖学者は、神経系の特定の構造を視覚化するために、自由に使える多くの染色剤を持っています。

組織化学は、化学成分の局在と同定に基づく組織学の一分野です。組織化学の特に価値のあるアプリケーションの1つは、トレーサーの検出です:神経系内でのニューロンの接続を視覚化するためにニューロンに導入される分子。

前述したように、顕微鏡の出現は神経解剖学の研究方法に革命をもたらしました。光学顕微鏡は、組織学的に染色された神経組織を元のサイズの1000倍まで画像化することを可能にし、それによって細胞構造を明らかにします。蛍光光学顕微鏡は、免疫標識タンパク質を組織切片や培養物でイメージングすることができ、2つのタンパク質が1つのニューロン内で近接しているかどうかを判断する共局在研究を可能にします。

共焦点イメージングは、ニューロン組織の光学切片化を可能にする蛍光顕微鏡法の改良された方法であり、したがって、ニューロンの3D再構成を生成するために使用して、ニューロンの形態または形状を研究することができます。

2光子イメージングは、組織に深く浸透する蛍光イメージングの一種であり、行動する動物の脳のライブイメージングによく使用されます。

しかし、電子のように透過する光子は存在しないため、電子顕微鏡はニューロン構造のサブナノメートル分解能を提供するのに非常に貴重です。特に、シナプスは透過型電子顕微鏡を用いて精緻に可視化されています。さらに、電子顕微鏡で視覚化された連続切片から得られた画像をまとめることにより、ニューロンの「体積」の3D再構成。断層撮影と呼ばれるプロセスを介して生成できます。

神経解剖学的構造の経時的な変化を監視するために、ニューロイメージングは非常に便利なツールです。磁気共鳴画像法(MRI)は、人間の脳を調査するために広く使用されています。この技術は、脳全体の画像を1mmの解像度で提供します。MRIは、トラクトグラフィーを通じて白質を調査するために使用できます。この技術により、神経解剖学者は軸索の束を視覚化し、脳領域間および脳領域内の接続を明らかにします。

神経解剖学と疾患状態との相関関係を評価するために、科学者は動物モデルに適用される外科的手法を頻繁に利用します。定位手術は、3次元座標系と詳細な解剖学的アトラスを使用して、研究者が孤立した解剖学的領域を物理的に操作できるようにします。定位装置と適切な解剖学的情報があれば、電気刺激を送達したり、薬物や他の物質を導入したり、脳の標的領域に病変を生じさせたりすることが可能です。

次に、これらの方法のいくつかのアプリケーションを確認しましょう。脳の構造に関する詳細な情報は、薄く切片にスライスされた保存された脳の分析を通じて得ることができます。明確な構造的特徴を強調するために、霊長類の脳のこれらの切片を染色して、脳全体に3つのタンパク質の発現を示しました。また、染色切片を高倍率で研究することもできるため、研究者は細胞レベルで構造を視覚化することができます。

経験は、細胞レベルでニューロンの構造を変更することができます。この実験では、若いラットは発達全体を通じて触覚刺激にさらされます。彼らが成人期に達すると、脳サンプルを採取して染色し、細胞の形態を視覚化します。得られた画像からは、樹状突起の形状と数の変化が明らかになり、ニューロンの接続性が変化したことが示唆されています。

神経解剖学は、神経疾患や精神疾患の診断と治療に貢献するため、臨床現場で極めて重要です。例えば、細胞構造の変化は、特定の病状と密接に関連しています。構造的ニューロイメージング技術は、正常状態と疾患状態における特定の脳領域の活動を比較するために、機能イメージングと頻繁に組み合わされます。例えば、脳震盪に苦しむ患者は、神経活動パターンの変化を示し、これは損傷からの回復と相関しています。

JoVEの神経解剖学の紹介をご覧になりました。このビデオでは、神経解剖学研究の歴史をたどり、神経解剖学者が尋ねる主要な質問を紹介しました。また、ミクロレベルとマクロレベルでの研究戦略を探求し、その応用について議論しました。

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