神経可塑性の起源、種類、さまざまな集団における使用、そして可塑性を向上させるために脳の配線をどのように変えることができるかを学ぶ。
要点
- 脳の適応能力神経可塑性とは、生涯を通じて新しい神経結合を形成することによって、脳を再編成する能力のことである。この能力により、ニューロンは新しい状況や環境の変化に応じて活動を調整することができる。
- 学習と記憶：神経可塑性は学習と記憶の基本である。神経可塑性は、神経経路を再編成することによって、脳が経験を符号化し、新しい情報を学習し、傷害に適応することを可能にする。
- 傷害からの回復：脳の可塑性は、脳卒中などの怪我からの回復に極めて重要である。リハビリテーションを通じて、患者は新しい経路を作り出し、既存の経路を強化することで、失われた機能を取り戻すことができる。
- 行動と習慣：神経可塑性は、行動や習慣がどのように変化するかを説明する。一貫した練習と反復によって脳の構造が変化し、新しいスキルの開発や古い習慣の打破が可能になる。
- メンタルヘルス：神経可塑性は精神的健康において重要な役割を果たしている。うつ病、不安神経症、PTSDなどの症状に対する治療的介入の有効性の根底にあるのは、これらの治療が脳の構造と機能に有益な変化をもたらすからである。
神経可塑性とは何か？
人間の脳は、神経可塑性として知られるプロセスによって絶えず変化していることをご存知だろうか。
神経細胞とは、脳と神経系を構成する神経細胞のことです。可塑性とは、脳が変化する能力とその可鍛性のことである。脳の神経組織は、非常に大きな可塑性を持っている。
したがって、脳の可塑性とも呼ばれる神経可塑性とは、脳が適応して変化する能力のことである。これは、脳の構造や機能を再構築・再編成し、神経ネットワークを成長させることによって、内在的または外在的な刺激に反応する神経系の能力を指す言葉である。
構造的・機能的変化は、脳の損傷、環境の変化、新しい経験、あるいは学習に起因する構造的変化から生じる。
神経可塑性は、私たちが生理的変化や新しい経験、環境的圧力に適応するのを助ける。私たちが新しい経験をすると、ニューロン間に新しい神経結合が生まれ、新しい状況に適応できるように脳の配線が変わる。
神経可塑性は日常的に起こっているが、脳の可塑性を促し、刺激することもできる。
神経可塑性の歴史と研究
神経可塑性という言葉は、神経科学者であるイエジー・コノルスキーが1948年に初めて作った言葉で、彼が神経細胞構造で観察した変化について述べたものである。
1960年代まで、科学者たちは脳の発達や変化は幼児期や児童期にしか起こらないと考えていた。大人になるまでに、脳の構造は永久的なものになる。
しかし、神経可塑性という考え方は、"神経科学の父 "と呼ばれるサンティアゴ・ラモン・イ・カハルにまでさかのぼる。1900年代初頭、ラモン・イ・カハルは人間の脳が成人に達した後に変化することを発見した。
1960年代には、トラウマ的な出来事の後にニューロンが再編成されることも発見された。また、ストレスが脳の構造や機能を変化させることも発見された。
1990年代後半の研究者たちは、ストレスが脳細胞を殺すこともあることを発見したが、この結論はまだ検証されていない。
数十年の間、脳は "再生不可能な臓器 "と考えられてきた。脳細胞は有限であり、加齢とともに死んでしまうからだ。ラモン・イ・カハルが言ったように、「成人の中枢では、神経の通り道は不変のものであり、終わりを告げ、固定されたものである。何も再生されることはなく、すべてが死ぬかもしれない」。
さらなる研究は、脳細胞が死滅し、適応し、再接続し、補充し、再生する他の方法を発見した。
神経可塑性はどのように働くのか？
脳は、ニューロンという個々の作業単位、あるいは広大なネットワークで構成されている。相互接続された何百万ものニューロンは、一つのタスクを達成するために協力し合って働く。
神経回路網は特定のユニークな結合パターンに従い、同じように特定の順序で発火し、ニューロンは個人が様々なタスクを完了するのを助ける。
脳の急速な発達と成長は、子供の最初の数年間に起こる。例えば、子供が生まれたとき、大脳皮質の各ニューロンには、神経インパルスを伝達するニューロン間の小さな隙間（シナプス）が約2500個ある。
それが3歳になると、1ニューロンあたり15,000個に増える。成人のシナプス数はこの半分しかない。これはシナプス刈り込みによるもので、新しい経験によって脳内のいくつかの結合が失われる一方で、他の結合が強化されるからである。
頻繁に使われるニューロンは脳内の結合が強くなるが、一度も使われなかったり、めったに使われないニューロンはやがて死んでしまう。弱い結合が刈り込まれ、新しい結合が作られると、脳は状況や環境の変化に適応できるようになる。
神経可塑性と神経新生の比較
神経可塑性と神経新生は関連する概念ではあるが、これらは2つの異なる概念である。
神経可塑性とは、脳が新しい経路や結合を形成し、回路を再配線する能力のことである。一方、神経新生とは、脳が新しいニューロンを成長させる能力のことである。
神経新生は魅力的な概念である。新しいニューロンを成長させ、死んだり損傷したりしたニューロンを置き換える可能性は、認知症の新しい予防と治療、脳損傷からの回復、その他我々が知らない多くの分野への道を開く。
構造的および機能的神経可塑性
実験的な脳研究によって、神経可塑性には大きく分けて機能的可塑性と構造的可塑性の2種類があることがわかった。
機能的神経可塑性とは、脳の損傷した部分から脳の領域全体に機能を移動させる脳の能力のことである。これは学習と発達によって始まり、神経シナプスに永続的な構造的変化をもたらす。
構造的可塑性とは、脳のニューロン結合の強さの変化である。脳は、学習や脳のニューロン結合の変化に応じて、その物理的構造を変化させることができる。
その他の神経可塑性の種類
神経可塑性の他の種類には、経験依存的可塑性がある。経験依存的可塑性とは、人の人生経験を通じてニューロン結合を組織化し、作り出す絶え間ないプロセスのことである。
恒常的可塑性とは、回路機能を安定させるために、複数のニューロンの興奮性と結合性の変化を調整することで、シナプスネットワークの恒常性を維持する脳のメカニズムである。
シナプス可塑性とは、神経細胞の結合の強さを、長期にわたって、経験に依存して変化させる脳の能力のことである。これはニューロンの基本的な性質であり、シナプス可塑性と呼ばれるさまざまな活動依存的メカニズムによって、シナプス伝達の効力と強度を変化させることができる。
シナプス可塑性は、シナプス前ニューロンがシナプス後ニューロンを刺激し、神経伝達物質受容体を増やし、シナプス前ニューロンに刺激されるのに必要な閾値を下げることで起こる。
神経可塑性の利点
神経可塑性にはいくつかの利点がある。神経可塑性はさまざまな方法で脳と認知に恩恵をもたらす。脳への適応や変化は、個人の脳の働き方や世界観を形成する。
また、個人の学習能力、記憶、潜在意識の信念にも影響を与える。
神経可塑性の利点には次のようなものがある：
- 新しいことを学ぶ能力が高まる。
- 個人がより思慮深く活動に取り組む
- うつ病や不安神経症の患者を助ける。
- 外傷性脳損傷や脳卒中からの回復を助ける
- 脳の記憶と脳の容積を増加させる
- 脳機能を再配線する能力
- 認知能力の向上
- 脳の一部領域における脳機能の向上
神経可塑性の特徴
当初、脳の神経ネットワークは加齢とともに硬直化し、固定化するとする研究があった。しかし最近になって、脳は決して変化や調整を止めないことが分かってきた。
神経可塑性にはいくつかの決定的な特徴がある。
年齢と環境は、神経可塑性の決定的な特徴である。可塑性はどの年齢でも起こりうるが、ある種の変化は特定の年齢に関連している。未熟な脳が組織化され成長するにつれて、脳は人生の初期に多くの変化を遂げる。
若い脳は一般に、年長の脳よりも経験に対する反応や感受性が高い。しかし、これは高齢の脳が適応できない、新しいことを学べない、可塑性を高められないということを意味するわけではない。
脳の結合は、使用頻度が高いか低いかの神経ネットワークによって強くなったり弱くなったりする。個人の脳の可塑性を形成するには、環境と遺伝の相互作用が一役買っている。神経可塑性は、血管やグリア細胞を含む脳細胞が関与する進行中のプロセスである。脳可塑性は、ストレスレベル、日々のライフスタイルや習慣によって促進されたり阻害されたりする。
脳卒中などの脳損傷では、脳のいくつかの機能に関連する領域が傷害される可能性がある。機能的磁気共鳴画像法（fMRI）は、脳の健康な領域が脳の損傷領域の機能を引き継ぎ、失われた能力を回復できることを示している。
脳の可塑性の限界
脳の可塑性は、さまざまな症状の予防や治療に有望な手段ではあるが、限界もある。脳は無限に可塑するわけではない。特定の脳領域は特定の機能を担っている。例えば、認知、会話、言語、運動には脳領域が不可欠である。
脳の可塑性における回復と損傷の証拠のほとんどは、大脳皮質周辺である。一部の領域は損失を補うことができるが、大脳皮質は、例えば海馬のように、損傷を受けた複雑な脳領域の機能を完全に引き継ぐことはできない。
神経可塑性と心理学
効果的なカウンセリングやコーチングの重要な要素は、神経の可塑性である。脳の変化や機能的適応に加えて、神経可塑性は心理的変化のための潜在的な経路を提供する。脳の働きを変えるために薬や化学物質が使われ、心理学は思考パターンの修正による脳の変化を理解することに多くの努力を注いできた。
その代わりに、日々の活動や経験を通じて、重要かつ永続的な変化をもたらすことができるとしたらどうだろう？そこで重要な役割を果たすのが学習である。学習することによって、脳に新しい経路が形成される。新しいレッスンや経験をするたびに、脳の働き方が変わり、新しいニューロンがつながるのだ。
年齢と神経可塑性
個人が考えるように、年齢とともに神経可塑性には変化があるが、それは個人によって異なる。
脳の可塑性と子供
子供の場合、脳は常に変化し、成長し、発達している。新しい経験をするたびに、発達中の脳は適応し、脳の構造、機能、あるいはその両方に変化を起こす。したがって、神経可塑性は、人間の正常な発達の一部として、重要な幼児期に最も活発になる。
臨界期には、神経系は適切な発達のために感覚入力を受ける。
乳児の脳の各ニューロンには、他のニューロンへの接続が約7,500個ある。2歳になると、ニューロン間の結合数は平均的な成人の脳の2倍になる。
子供が成長し、臨界期が終わると、維持される結合の数は減少し、残った結合が強化される。
神経可塑性には主に4つのタイプがある。
- 神経可塑性の障害：後天的あるいは遺伝的障害による脳の変化を伴う。
- 過剰または不適応な可塑性は、不適応な経路や新しい経路を再編成することを含み、その結果、障害や障害を引き起こすことがある。
- 適応的可塑性：新しい技能の学習や練習、あるいは損傷後の構造的・機能的変化への適応から生じる変化。
この過程は、子供や低年齢の子どもほど顕著で、大人よりも効果的に傷害から回復する能力を高める。子供における神経可塑性の回復、適応、成長には深い事例がある。
成人における脳の可塑性
対照的に、成人の脳では、神経可塑性は一般的に子どもよりも低い強度で観察される。
大人の脳は、失われたり古くなったりした機能や、あまり使われなくなった結合を回復させ、認知機能や記憶力を高めることができる。
成人の神経可塑性の可能性は、子供や若年層に比べて低いが、健康的なライフスタイルと多少の努力さえあれば、成人でも若年層と同じように脳の前向きな成長と変化を促すことができる。
脳を若返らせ、可塑性を高めるには？
人生のどの時点においても、脳の変化を促し、神経可塑性を高め、向上させる方法はいくつかある。
豊かな環境
最初のステップは、豊かな環境を作ることである。脳のポジティブな変化を促すには、特に思春期から小児期にかけて、挑戦的なこと、目新しいこと、集中できることなど、豊かな環境を確保することが必要である。
しかし、豊かな環境は大人になってからも脳に報酬を与えることができる。豊かな環境は、さまざまな方法で脳を刺激する。例えば、旅行、音楽の訓練や経験、小説の読書、芸術作品の創作、ダンスなどである。
睡眠と運動
もうひとつの方法は、休息や睡眠をとることだ。睡眠は脳の樹状突起の成長に重要な役割を果たす。樹状突起はニューロンの末端で成長し、ニューロン間の情報を次から次へと伝達する。ニューロンのつながりを強化することで、脳の可塑性を高めることができる。
睡眠は個人の心身の健康に重要な影響を及ぼす。研究によると、遺伝や脳の灰白質の構成も、こうした影響に寄与しているという。
良い睡眠衛生を実践することは、睡眠の改善に役立ちます。これは、一貫した睡眠スケジュールを立て、それを守り、リラックスして熟睡するのに適した環境を整えることを意味します。
定期的な運動や活動は、神経可塑性を促進するもう一つの方法です。例えば、記憶に関係する脳の部位である海馬の重要な領域で、運動がニューロンの損失を防ぐのに役立つという研究結果がある。運動はまた、同じ脳領域で新しいニューロンの形成を助け、脳の可塑性を高めることができる。
最近の研究では、運動は脳由来神経栄養因子（BDNF、神経成長タンパク質）、大脳基底核（運動活動や学習をコントロールする脳領域）、機能的結合性にも作用し、脳の可塑性を高めることがわかっている。BDNFの増加により神経新生が促進され、うつ病や不安が緩和され、認知機能が向上する。
水泳、サイクリング、ダンス、ウォーキングなどの中強度の有酸素運動を毎週少なくとも150分行い、筋力トレーニングを少なくとも2日行うことが推奨される。
ライフスタイルの変化
間欠的断食は、シナプスの適応反応を促進し、脳の可塑性を改善することも示されている。
マインドフルネスを実践したり、ボードゲームやカードゲーム、ビデオゲームをしたりすることも脳の可塑性を向上させる。
可塑性で脳を癒す
神経可塑性に関する研究は、重度の外傷性脳損傷を受けた人の脳の変化を観察することで進んできた。
深刻な外傷を負い、脳に深刻なダメージを受けた人の中には、神経可塑性のおかげで高い機能性まで回復できた人がいることが研究で実証された。神経可塑性によって、脳の神経細胞は損傷を補い、環境の変化や新しい状況に応じて活動を調整することができる。
研究によると、脳外傷の程度が異なっても、完全な機能性を回復できることが示されている。Translational Research in Traumatic Brain Injury（外傷性脳損傷におけるトランスレーショナル・リサーチ）によると、3つの神経可塑性の段階が外傷体験の後に続く。
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第1段階：外傷直後にニューロンが死滅し始め、皮質の抑制経路が減少する。この段階は約24～48時間続き、ほとんど使われなかった、あるいは使われることのなかった二次的な神経ネットワークが発見されることもある。
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第2段階：外傷の数日後に起こる。皮質経路の活動が興奮性になり、新しいシナプスが形成される。他の脳細胞やニューロンは、死んだ細胞や損傷した細胞と入れ替わり、治癒を促進する。
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第3段階：数週間後に起こり、新しいシナプスの生成を通じて脳が本格的に改造される。この段階では、リハビリや治療によって脳が新しい神経経路を学習し、脳への外傷的影響を抑えることができる。
遺伝子発現や幹細胞を用いた治療や療法に加え、神経可塑性を高めることで外傷からの回復を助ける多くの薬理学的治療が開発・研究されている。
組織が損傷を受けると、炎症反応によって末梢から中枢神経系への侵害受容入力が上昇する。
神経可塑性の限界や脳損傷からの回復の難しさにもかかわらず、外傷や脳損傷は、脳の神経可塑的能力を利用するのに最適な状況である。例えば、脳は外傷や脳損傷後に回復し、再編成し、大きな変化を引き起こすことができる。
脳の可塑性と脳卒中
脳卒中から回復した患者では、神経可塑性が観察されている。脳卒中では、血流の低下により患者に脳障害が生じることが多い。その損傷は、中等度のもの（顔面筋の限定的な障害）から重度のもの（深刻な記憶障害や認知機能障害）まで様々である。
重症度によっては、脳の容積が減少し、脳細胞の体積が死滅して脳機能障害が生じることもある。脳卒中からの回復は、脳の自然治癒力に依存します。
しかし、脳卒中患者も回復に成功する可能性がある。専門家によると、脳卒中からの回復のために神経可塑性を促す最善の方法には、2つの重要な方法があるという：
- 課題の反復：スキルや動作を常に反復することで、より早い習得を促す。
- 課題別練習
定期的かつ具体的な練習を通じて、新しい活動やスキルを学んだり、古いスキルを学び直したりすることは、脳に大きな変化をもたらします。課題の反復によって学習することができ、特定の分野の練習や改善によって、他のスキルや能力も向上させることができる。
作業療法、理学療法、言語療法は神経可塑性を促し、脳が心身の障害を克服できるようにする。例えば、脳卒中や神経学的損傷の直後にリハビリを開始すれば、外傷後に脳の可塑性が自然に高まるのを利用することができる。
リハビリの一環として、神経細胞間の結合を再構築することに重点を置く。脳の配線が変わることで、以前は損傷を受けた部位が管理していた機能を他の部位が引き継ぐことができるようになる。
脳の可塑性とうつ病
うつ病や不安障害などの精神疾患は、神経可塑性の低下と関連している。負の神経可塑性は精神疾患と関連している。うつ病では、脳の損傷によって不適応で不健康な経路が促進され、適応的な方法が阻害される。
これらの症状に対する現代の治療法は、神経可塑性を改善し、患者に価値ある対処法を教えることに重点を置いている。
研究によると、個人の日々の行動が脳の構造を変化させる。例えば、うつ病や不安症は学習できない。専門的な神経トレーニングによって、これらの傾向を建設的な経路に置き換えることができる。
例えば、心的外傷後ストレス障害（PTSD）は、将来的に重大な健康問題になる可能性がある。
神経可塑性エクササイズは、脳のエクササイズ、愛する人とのつながり、健康的な食事など、神経の可塑性を促進することができる。
新しい技能や言語を学んだり、手先の運動を行ったり、脳トレゲームをしたりすることも、神経可塑性を向上させ、うつ病や不安症の改善に役立つ。
神経可塑性のその他の応用
研究により、両眼視、幻肢、難聴など、神経可塑性の他の応用やさまざまな症状への関与が明らかになっている。
両眼視
長年、科学者たちは、人間は幼少期に立体視や両眼視を獲得しなければならないと考えてきた。最近になって、立体視の異常や弱視が改善されたことは、神経可塑性の顕著な例である。両眼視と神経可塑性は、現在進行中の活発な臨床・科学研究分野である。
幻肢
幻肢痛とは、切断された身体の一部に感覚や痛みを感じ続けることである。この現象は、切断手術を受けた人によく見られる。幻肢痛の原因は神経可塑性にある。
切断された手足の皮質ニューロンまたはマップは、中心後回にある周囲の領域と相互作用する。この活動は、切断を担当する大脳皮質領域によって誤って解釈される。
患者は、幻肢の神経表象を修正して、複雑な動作を実行する命令を生成することができる。
瞑想
研究では、瞑想と神経可塑性の関連も示唆されている。瞑想の実践は、脳の灰白質の強度や皮質の厚さの変化に関係している。瞑想は、脳の構造、特に抑うつ、不安、恐怖、怒り、思いやり、注意に関連する領域に物理的な変化をもたらす可能性がある。
聴覚障害と難聴
聴覚の喪失や難聴は、聴覚皮質やその他の関連する脳領域に代償的な可塑性をもたらす可能性がある。聴覚皮質は主に聴覚情報を処理する役割を担っているが、難聴者の場合、体性感覚や視覚を含む他の機能に振り向けられている。
結論
神経可塑性は、健康な脳でも病気の脳でも操作可能なプロセスであり、その結果、多くの利点がもたらされる。脳が発達し始めてから死ぬまで、脳内の神経細胞の結合は、変化するニーズに応じて適応していく。この終わりのないダイナミックなプロセスによって、私たちは適応し、さまざまな経験から学ぶことができるのである。
参考文献
神経可塑性 - StatPearls - NCBI Bookshelf.
ダイナミックな脳と変化する神経可塑性のルール：学習と回復への示唆
免責事項
本記事の内容は情報提供のみを目的としており、専門的な医学的アドバイス、診断、治療の代わりとなるものではありません。健康に関連する変更を行う前に、または健康について疑問や懸念がある場合は、必ず資格を有する医療提供者に相談することをお勧めします。Anahanaは、提供された情報を使用することによって発生する可能性のある誤り、脱落、または結果に対して責任を負いません。
