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知られざるドーパミンの働き

ドーパミンという脳内物质の名称を闻いたことのある人は多いでしょう。以前から快楽物质としてよく知られていましたが、近年、それだけではなく、学习や动机付け、行动抑制などにも関わっていることがわかってきました。中脳という脳の奥の方に存在し、ドーパミンを作り出す神経细胞であるドーパミンニューロンに障害が起きると、情动とは関係ない部分にも影响が生じます。例えば、ドーパミンニューロンが80%ほど失われると、运动や认知机能に様々な症状が现れるパーキンソン病を発症します。

薬物依存症や强迫性障害などにおいて、合理的な意思决定ができなくなるというのも、ドーパミンニューロンの异常によって起こる症状の一つです。こういった症状が起こるメカニズムがわかれば、治疗法も开かれます。快楽物质だと考えられてきたドーパミンの产生と、意思决定のプロセスとの间に、どのような関係があるのでしょうか。

より高次の脳机能を探る

合理的な意思决定というのは、认知机能が発达した生物に特有の行动です。脳科学の研究ではマウスを用いることが一般的ですが、ヒトとマウスとでは脳の构造、すなわち脳の発达の程度が异なっており、マウスの行动が、ヒトの脳と同じ仕组みで起こっているとは考えにくい侧面があります。そこで、よりヒトに近い脳の机能を理解するために、サルを使います。実験动物としてサルを扱うことができる研究机関は、国内でもごく限られており、その点では、筑波大学は恵まれた研究环境だといえます。

意思决定に関する実験では、様々なタスクをサルに行わせ、その时のドーパミンニューロンの活动を観察します。より価値の高い行动、つまりより合理的な选択をした时に报酬を与えるようにすると、サルはそれを学习して、価値判断をするようになります。このときのドーパミンニューロンの活动を解析してみると、思考や判断を司るとされる前头叶ではなく、中脳のドーパミンニューロンが、选択肢の価値情报を、それを选ぶための选択指令に変换していることがわかりました。

こういった実験においては、サルにどんなタスクを行わせるかが、研究者の一番の腕の见せ所です。难しいタスクの方が、高次の脳机能を调べることができますが、结果の解析は复雑になります。できるだけシンプルで、求めるデータがピンポイントに得られるようなタスクのデザインが重要です。実験用のサルは头数も少なく、长期间の饲育も必要です。実験者との相性もありますから、しっかりと準备をしなくてはなりません。

知能ロボットから脳研究へ

脳研究の道に进んだきっかけは知能ロボットでした。もともと工学部机械科の出身。大学院で知能ロボットを研究しようと、计算论によって脳を理论的に理解しようとする研究室に入りました。しかし当时の技术では脳の机能を明らかにすることはできず、もっと直接的なサルの脳の研究へとシフトしました。ヒトではできない侵袭的な実験や遗伝子操作を用いた実験がしたいと考えたのでした。

そうして取り组んだのがドーパミン研究。快楽物质としてのドーパミンが働く仕组みを解明しようとしましたが、実はドーパミンの働きはそんなに単纯なものではないことがわかり始め、研究の幅が一気に広がりました。ドーパミンニューロンから放出されるドーパミンは、脳の様々な场所に到达し、それぞれ异なる働きをしています。ヒトでの作用を理解するには、やはり、ヒトと近い构造の脳を使わなければならないのです。

ドーパミンニューロンの复雑さを発表していくうちに、この分野へ世界中の研究者が参入するようになり、ここ10年ほどの间に、大きな研究コミュニティが形成されました。ドーパミンの新しい作用がたくさん见つかり、研究は盛んになっていますが、その分、独自性ある研究の重要性も一层増しています。

脳内ネットワークの解明に向けて

脳の活动を调べる手法としては、脳に直接电极を挿して、电気信号を记録する方法が主体ですが、この方法では、ドーパミンニューロンの活动自体は制御できません。そこで近年、光遗伝学を使った方法が注目されています。植物由来の光活性タンパクを遗伝子操作によって神経细胞に発现させ、光ファイバーでそこに光を当てて活性化させます。この手法を応用すると、ドーパミンニューロンの活动を制御することができますから、より多様な実験条件を设定することが可能です。こういった新しい手法を駆使してドーパミンニューロンの働きを探る研究にも着手しています。

実験上は、どちらがより多くの报酬が得られるか、という単纯な基準で合理性を定义しますが、実际の意思决定はもっと复雑です。选択肢が増えたり、周囲から影响を受けると、人间でも合理的な意思决定は难しく、人によって判断が异なることもあります。それでも、何を合理的と考えるかという仕组みは、脳が作り出していることは确かです。意思决定は、前头叶や大脳基底核といった部分を含めた、极めて広范な脳のネットワークが関わっていると考えられています。脳の様々な领域で、ドーパミンが司令塔のような役割を果たしているとすれば、それを足がかりにして、ネットワークの全容も明らかになるかもしれません。

ドーパミン研究を础滨へ

最近は、计算科学的な手法を取り入れることにも挑戦しています。人工知能（础滨）分野ではディープラーニングという手法により、例えば脳の视覚野のニューロンの神経回路を模したようなものをコンピュータ上で再现して、画像解析などを行うことができるようになりました。脳の计算アルゴリズムから础滨に応用できるものがあるのではないか、それがいずれは、最初に志した知能ロボットにもつながると期待しています。

础滨研究自体は、脳を人工的に再现しようというところから始まっていますが、现在活用されているものの多くは、必ずしも脳の働きに基づいた仕组みではありません。実用化が重视され、现実には脳と础滨はむしろ乖离してしまっているようにも见えます。

もちろん、ドーパミン研究は脳研究のごく一部に过ぎませんが、自分の研究が脳と础滨を再び近づけていく上で何らかの助けになるのであれば、素晴らしいことです。础滨分野とのコラボレーションからは、思いがけないアイデアも得られており、そこからさらに新しい発见が生まれる予感もあります。道のりは长いですが、研究の种はあふれています。

筑波大学 医学医疗系 生命医科学域 認知行動神経科学研究室

注意や情动、推论、学习、意思决定、意欲などの心理现象を実现する脳のメカニズムを解明することを目指して研究を进める。よりヒトに近い脳の构造を持つサルを用い、様々な认知行动课题を行わせた际に、脳がどうのように活动するのかを电気生理学的な手法を用いて调べるとともに、その活动を脳局所への薬物投与や电気刺激によって操作することにより、脳の活动が认知机能や行动制御に果たす役割の解析に取り组んでいる。
（研究室鲍搁尝: ）