脳内の睡眠と覚醒の制御中枢は1つ

2018年6月12日

by Bern大学

Credit: Human Brain Project

これまで、睡眠と覚醒をコントロールするには、複数の脳領域が必要だと考えられていました。 ベルンの神経科学者たちは、今回、脳内の睡眠・覚醒サイクルの制御中枢を1つに特定した。 この発見は、新しい睡眠療法を見つける上で非常に重要です。

私たちは毎晩、数時間かけて眠り、毎朝目覚めて生活しています。 この睡眠と覚醒のサイクルを脳回路がどのように制御しているかは、いまだ謎のままです。 私たちの睡眠は、ノンラピッドアイムーブメント(NREM)睡眠と、夢を見ることが多いレム睡眠(パラドキシカル)の2つの相に分けられます。

私たちが眠りにつくとき、脳波は私たちの脳が「徐波」と呼ばれるリズミカルな振動を発生させていることを明らかにした。 この波は、私たちが眠り続けるために、また一日中精神的、肉体的に活動した後に回復するために重要です。 この徐波は、大脳皮質(頭蓋骨のすぐ下にある脳の上部)で生成されるというのが一般的な仮説である。 一方、覚醒は、脳幹を含む脳の下部にある「覚醒中枢」の活動から生じると考えられており、哺乳類の脳のうち、感覚知覚、認知、運動指令の生成などの高次脳機能に関わる部分である大脳新皮質を直接活性化させるものである。

ベルン大学バイオメディカル研究部(DBMR)とベルン大学病院インゼルスピタル神経科の神経科学者は、重要な新しい研究において、脳の中枢である視床のニューロンが覚醒と同様に睡眠もコントロールしていることを発見しました。 視床は、他のほとんどすべての脳領域とつながっており、注意、感覚知覚、認知、意識などの重要な脳機能を支えています。

睡眠のオンとオフを切り替える

Antoine Adamantidis教授が率いる研究チームは、この視床ニューロンの小さな集団が、その電気活動に応じて睡眠徐波を生成する一方で、睡眠から覚醒することもあり、睡眠と覚醒を二重にコントロールしていることを突き止めました。 研究グループは、光遺伝学という手法を用いて、マウスの視床神経細胞の活動を精密に制御した。 視床神経細胞を規則的な長時間の刺激で活性化させると、動物は目を覚ましたが、ゆっくりとしたリズムで活性化させると、マウスはより深く安らかな眠りを得たという。

これは、脳の一領域が睡眠と覚醒の両方の機能を持つことがわかった初めての例です。 「興味深いことに、視床神経細胞の活動を抑制すると、睡眠障害からの回復が損なわれることも示すことができました。このことは、これらの神経細胞が、長時間起きていた後の安らかな睡眠に不可欠であることを示唆しています」と、この研究の主執筆者であるThomas Gent博士は述べています。 このことから、視床は睡眠と覚醒の両方に重要な役割を果たしていることがわかります。 この研究結果は、現在、学術誌『Nature Neuroscience』に掲載されています。

睡眠医学のブレークスルー

この研究結果は、50年前に比べて現役世代の睡眠時間が約20%短く、慢性的な睡眠障害に悩む現代社会で特に重要です。 人々は不規則な時間に働くことが多く、失われた睡眠を取り戻すことはほとんどありません。 睡眠不足は、多くの精神疾患との関連性が高まっており、免疫系を弱体化させます。 Antoine Adamantidis教授は、「睡眠と覚醒時の視床ニューロンの制御機構を明らかにすることは、ますます睡眠不足になる社会で新しい睡眠療法を見つけるための鍵になると考えています」と語っています。

詳細はこちら。 Thomas C. Gent et al. Thalamic dual control of sleep and wakefulness, Nature Neuroscience (2018). DOI: 10.1038/s41593-018-0164-7

雑誌の情報です。 ネイチャー・ニューロサイエンス

提供:ベルン大学

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