The Genetic Geography of the Brain

脳の遺伝子アトラス

By Ed Lein ／Mike Hawrylycz

E. レイン／M. ホールリッツ


As you read these words, your eyes scan the page, picking up patterns to which your mind assigns meaning. Meanwhile your heart contracts and relaxes, your diaphragm rises and drops to control your breathing, your back muscles tense to maintain your posture, and a thousand other basic tasks of conscious and subconscious life proceed, all under the coordinated control of roughly 86 billion neurons and an equal number of supporting cells inside your skull. To neuroscientists like us, even the simple act of reading a magazine is a wondrous feat—as well as an example of perhaps the hardest problem in science today: in truth, we cannot yet fully explain how the human brain thinks and why the brain of a monkey cannot reason as we do.		この文章を読んでいるあなたの目はページをスキャンしてパターンを拾い上げ，あなたの心がそこに意味を見いだしている。同時に，あなたの心臓は収縮・拡張を繰り返し，横隔膜は上下運動して呼吸を制御し，背中の筋肉は緊張して姿勢を維持している。そのほか多くの意識的・無意識的な生命活動の基本作業が，頭蓋の中に存在する約860億個のニューロンと同数の支持細胞の協調制御の下で並行して行われている。　私たちのような神経科学者から見ると，雑誌を読むという単純な行為ですら驚くべき離れ業であり，おそらく今日の科学界で最も難しい問題の1つだ。実のところ，人間の脳がどのように思考しているのか，サルの脳がなぜ人間のようには論理的に思考できないのか，まだ完全には理解できていない。
Neuroscientists have intensely studied the human brain for more than a century, yet we sometimes still feel like explorers who have landed on the shores of a newly discovered continent. The first to arrive plotted the overall boundaries and contours. In the early 1900s German scientist Korbinian Brodmann sliced up human brains and placed them under his microscope to examine the cerebral cortex—the exterior layers of gray matter that handle most perception, thought and memory. He parceled this cortex into several dozen regions based on the topology of the organ and how the cells in each area appear when labeled with various stains.		私たち神経科学者は100年以上にわたって人間の脳を精力的に研究してきたが，今でも新たに発見した大陸の海岸に上陸した探検家のように感じることがある。一番乗りした研究者は脳を区分けする境界を定め，概形を描いた。1900年代初頭，ドイツの科学者ブロードマン（Korbinian Brodmann）は人間の脳をスライスし，顕微鏡で大脳皮質を調べた。大脳皮質は大脳の表面を覆う灰白質の層で，知覚や思考，記憶の大部分をつかさどっている。彼は解剖学と，脳細胞が様々な色素にどう染色されるかに基づいて，大脳皮質を50個あまりの領域（野）に分けた。
A view gradually took hold that each region, each cluster of cells of a particular kind, handles a specific set of functions. Some neuroscientists challenged this theory that function is parceled by location. But the parcellation model has returned to vogue with the emergence of new tools, most prominently functional magnetic resonance imaging (MRI), which records what parts of the brain “light up” (consume oxygen) as people read, dream or even tell lies. Researchers have been exploiting this technology to construct “maps” that relate what they see using these tools to real-world human behavior.		こうして「各領域には特定の種類の細胞が集まり一連の特定の機能を担当している」という見方が徐々に根付いていった。脳の機能が領域ごとに分割されているというこの理論を疑問視する神経科学者もいたが，このモデルは新しい研究手段，特に機能的磁気共鳴断層撮影装置（fMRI）の登場によって再び勢いを得ている。fMRIでは，本を読んだり夢を見たり，さらには嘘をついているときなどに，脳画像のどの部分が光るか（酸素の消費を示す）を記録する。研究者はこの技術を活用し，脳画像を通して見たものと現実世界の人間の振る舞いを結びつける“地図”を作製している。
A newer school of thought, however, postulates that the brain is more like an informal social network than one having a rigid division of labor. In this view, the connections that a neuron has made with other brain cells determine its behavior more than its position does, and the behavior of any given region is influenced strongly by its past experience and current situation. If this idea is correct, we can expect to see overlapping activity among the particular locations that handle the brain’s responsibilities. Testing this hypothesis will be tricky; brain circuits are hard to trace, and the billions of neurons in a human brain connect at perhaps 100 trillion links, or synapses. But projects are under way to develop the new tools needed for the job.		一方，近年に新たに出てきた考え方では，脳は厳格に分業化されたシステムではなく，融通のきく社会的ネットワークのようなものだとみる。この見方によると，ニューロンの振る舞いはそれがどこにあるかよりも他の脳細胞との接続によって決まり，どの脳領域の振る舞いも，その脳領域の過去の活動と現在の状況に大きく影響される。　この考え方が正しければ，複数の領域が同時に活性化することによって脳が機能を果たしている様子を観察できるだろう。この仮説の検証は厄介だ。脳回路はたどるのが難しいうえ，人間の脳に存在する何十億個ものニューロンはおそらく100兆個ものリンク，つまりシナプスでつながっているからだ。しかし，仮説の検証に必要な新ツールを開発するいくつものプロジェクトが進行している。