脳（神経細胞と神経伝達物質） |
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神経細胞（参考文献１ ｐ２５～３９） あらゆる脳の活動は神経細胞（ニューロン 図１）が発火（興奮）することによって行われる。全ての精神活動及び生命の維持のための指令も神経細胞の発火によって行われています。 発火していない時の神経細胞内にはトータルとしてマイナスイオンが多く、細胞外にはプラスイオンが多く存在します。よって細胞膜をはさんで細胞内がマイナス、細胞外がプラスの電位差が存在します。その電位差によるクーロン力（電気的力）を利用して細胞は発火します。 神経細胞が発火するとは、細胞膜内と膜外の電位差により小さな電気パルス（イオン物質の移動による電位変化）を発生し、細胞膜に沿ってそれを伝達することです。 神経細胞の数は脳全体で約１０００億ありお互い交信してます。 １つの神経細胞が同時に数千の神経細胞からの信号を受け取ることもあるそうです。 神経細胞の種類 ○ 最も大きな違いから分けると興奮性と抑制性がある。興奮性は他の神経細胞を発火しやすくさせ、抑制性は発火しにくくする。例えば抑制性の神経細胞が発火すると、その神経細胞から信号を受け取った細胞は発火しにくくなる。 ○ 形状が違う細胞型は十数種類あり、脳の部位によってどの細胞が多いかが違う。 神経細胞の発火の仕組み（ミエリン鞘がある-有髄細胞の例） ① 神経細胞（図１）は樹上突起（じゅじょうとっき）と呼ばれる部分で、多数の他の神経細胞の軸索末端から信号（化学物質）を受け取る（注１）。神経細胞同士が化学物質を受け渡しする場所をシナプス（図2）という。 注１ 樹上突起は神経細胞の総面積の９０％以上を占めるます。図１ではかなり省略されているが、実際には樹上突起は無数にあり、その樹上突起でのシナプス結合は多いもので数万もあります。シナプスの数は脳全体では１００兆にも上ると見積もられているそうです。 ② 細胞内にはマイナスのイオンが多く、細胞外にはプラスのイオンが多い。興奮性の神経細胞から化学物質を受け取ると、プラスのイオン物質が細胞内に入り、抑制性から科学物質を受け取るとマイナスのイオンが入る。 ③ 樹上突起は同時に数多くの興奮性ニューロン、抑制性ニューロンから信号を受け取り（注２）、その電位変化の合計が軸索丘に伝わる。軸索丘でその細胞が発火するかどうかが決まる。そこで、細胞膜内がある数値以上のプラスの電位になると、軸索丘の膜上にある電位依存性ナトリウム（Ｎａ＋）チャンネル（図３）が開き、Ｎａ＋イオンが細胞外から細胞内にどっと流入する。これを活動電位（スパイク）という。 注２ 神経細胞１個が発火しても脳の活動自体には変化がない。脳が仕事をするときは数十万から数百万の神経細胞が同期して活動しているといわれている。多くの神経細胞が同期している時の樹状突起の電位変化が、脳波である。（参考文献２ ｐ１２～１３） ④ ミエリン鞘とミエリン鞘の間をランヴィエ絞輪という。軸索丘の電位変化で隣のランヴィエ絞輪上にある電位依存性Ｎａ＋チャンネルが開きＮａ＋イオンが細胞内に流入する。その活動電位が次々に隣のランヴィエ絞輪上にある電位依存性Ｎａ＋チャンネルを開かせ、最終的に電位変化が軸索末端まで伝わる。 ⑤ Ｎａ＋イオンによるプラスの電場（活動電位）が軸索末端までくると、軸索末端の電位依存性Ｃａ＋チャンネルが開き、Ｃａ＋イオンが軸索末端内に流入する。最終的にシナプス小胞に入っている神経伝達物質をシナプス間隙に放出する。 ⑥ その神経伝達物質が次の神経細胞の樹上突起の電位変化を起こす。 上記の繰り返しで情報が伝わって行きます。  図1 代表的なシナプスの全体像 樹状突起はかなり省略されている  図２ シナプス間隙の神経伝達物質の放出 図２の説明 シナプス後膜にある受容体が伝達物質を受け取る シナプス間隙の幅は２０ナノメートル（０．００００２ミリ）～２５ナノメートル（０．００００２５ミリ）  ※下が細胞内、上が細胞外、赤い部分が細胞膜図３ 電位依存性Ｎａ＋チャンネルの開閉アニメーション （図１、図２ともに） 生命科学Ｃより 図３の説明 電位依存性Ｎａ＋チャンネルを表したもの。電位依存性チャンネルとは電荷の移動によって電位（電場）が変化するため、それによってチャンネルの開閉が決まるチャンネルのことである。チャンネルのイオンの通り道の開閉を決める電位センサー（青い円柱）はプラスに帯電している。 活動電位が伝わっていない時 膜の外にはプラス、内側にはマイナスのイオンが多い（図３ではマイナスイオンは省略されている）。そのためにクーロン力（電気的力）により、電位センサーは下に押され青い横棒でイオンの通り道をふさいでいる。 活動電位による電場の変化が伝わった時（ランヴィエ絞輪の例） 図から見て左側で電位依存性チャンネルからＮａ＋イオンが細胞内に流入すると（これもクーロン力による）、電場の変化により電位センサーを押していた膜外のＮａ＋イオンも左側に移動し（イオンが均一になろうとするため）、数が減る。細胞内では電位センサーを下にひきつけていたマイナスイオンが左側に移動するため数が減る。よってプラスに帯電している電位センサーが上に動きふたがはずれ、膜外のＮａ＋イオンが細胞内に流入する。 ※電位依存性チャンネルは細胞膜の円周上にずらりと並んでいるので、活動電位を発生させるには十分のイオンが流入します。 神経細胞の種類による活動電位の伝導速度 神経細胞には有髄神経と無髄神経があります。髄とはミエリン鞘のことで絶縁体になっています。そのため有髄神経はランヴィエ絞輪からランヴィエ絞輪に電場の変化が伝わり、活動電位の伝わる速度が早くなります。有髄神経では直径が大きいほど伝わる速度が早くなります（表１）。脳の部位ごとに、ある程度の神経細胞の種類による局在があると思われます。
神経伝達物質 シナプス間隙ではイオン電流が伝わらないため、次の細胞を発火させるために神経伝達物質を放出します。神経伝達物質には機能が違う色々な種類があり、信号の伝わり方を複雑にしています。 数は百数十種類あるといわれ、二五種類程度がはっきりと確認されています。（参考文献３ ｐ３１---１９９９年の出版なので現在ではかなりの数が確認されているものと思います） 表２にあるように神経伝達物質も脳の部位などによる局在が見られます。
表３に見られるように神経伝達物質の種類によって機能が違います。 表の一番下の気体物質も神経伝達物質として働いています。（ビックリ）
表３ おもな脳内神経伝達物質とそのはたらき 参考文献３ ｐ３２ より 仮に神経細胞が発火しなくても神経伝達物質を放出させることが出来れば、その先の神経細胞を発火しやすくすることが出来ます。それぞれの機能や局在の場所が違いますので脳を操作することが出来ることになります。 しかし技術的に出来るかどうかは不明です。 参考文献 １ 「ここまでわかった 脳と心」 イミダス特別編集 集英社 ２ 「脳のイメージング」 柴崎 浩 ・ 米倉 義晴 共立出版 （１９９４年８月２５日 出版） ３ 「脳と心をあやつる物質」 生田 哲 講談社ブルーバックス （１９９９年１０月２０日 出版） |
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