脳をつくる細胞

1000億という数

脳にはおよそ1000億個のニューロン（神経細胞）があるとされる。ひとつのニューロンは平均して数千から一万程度の他のニューロンとつながっており、結合の総数は100兆を超えると見積もられている。数字だけを聞くと、圧倒的な物量が脳の能力を支えているように思えてくる。

だが、脳が賢いのは数が多いからではない。ニューロンの数が近い動物どうしでも、できることには大きな差が出る。効いているのはむしろ、そのニューロンたちがどうつながっているか——結合のパターンと、そこを流れる信号の重みづけの方だ。この「つながり方」の話は、第1部の最後であらためて取り上げる。では数でないなら賢さとは何なのかという問いのほうは、コラム「賢さとは、モデルの何なのか」で引き取っている。

脳が賢いのは、数が多いからではない。

この「1000億」という数字自体、長らく引用されてきた概算だ。細胞を数える手法が精密になるにつれて、実際にはやや少なく、860億程度という見積もりも出てきている。桁の大枠は変わらないにしても、脳科学の基礎的な数字でさえ今も更新され続けているということは、覚えておいていい。

また、1000億個という配分も一様ではない。体積では脳のごく一部にすぎない小脳が、ニューロンの数だけで見ると全体の半数以上を占めているという見積もりもある。数がどこに偏って集まっているかは、次章で脳の地図を描くときにあらためて関わってくる。

ここではまず、ニューロンという細胞そのものの形と働きを確認しておきたい。

ニューロンの構造

ニューロンには共通した基本構造がある。中心にあるのが細胞体で、核をはじめとする細胞の維持装置が収まっている。そこから木の枝のように広がるのが樹状突起で、他のニューロンからの信号を受け取る入口にあたる。反対側には一本の長い軸索が伸び、信号を次の細胞へ送り出す出口の役割を担う。入力は樹状突起、出力は軸索——この向きはほとんどのニューロンで共通している。

軸索の長さは細胞ごとにまちまちだ。すぐ隣の細胞に届くだけの、わずか数十マイクロメートルの軸索もあれば、脊髄から足の先まで、1メートルを超える長さを一本の軸索が担っている場合もある。距離が違っても、信号の伝わり方の基本原理は変わらない。

軸索の中を信号が伝わるとき、それは電気の変化——活動電位——として走る。だが軸索の末端まで来ると、次の細胞との間にわずかな隙間が空いている。この隙間がシナプスだ。電気信号はここでいったん化学物質（神経伝達物質）に姿を変え、隙間を渡って向こう側の受容体に届き、そこでふたたび電気信号に戻る。細胞の内側は電気、細胞と細胞の間は化学。この切り替えが起きる場所の強さが、経験を重ねるごとに変わっていく。

ここまでは、ニューロン単体の仕組みだ。しかし脳の中には、ニューロンと同じくらい——あるいはそれ以上の数の、まったく別の種類の細胞が存在している。

ニューロンだけではない — グリア細胞

かつてグリア細胞は、ニューロンを支えるだけの「支持細胞」——いわば脳の詰め物のような扱いを受けてきた。名前の由来もギリシャ語の「膠(にかわ)」で、字義どおりには「くっつけるもの」にすぎない。だが近年の研究では、グリア細胞がニューロンの活動そのものに積極的に関わっていることが分かってきており、単なる支持役という古い見方は見直されつつある。

かつてはグリア細胞の数はニューロンの10倍にのぼるとまで言われていたが、近年のより丁寧な計測では、脳全体で見るとおおむね同数程度に落ち着くという結果が出ている。数の優劣そのものより、それぞれの細胞が具体的に何をしているかの方が重要だ。

代表的なグリア細胞は三種類ある。

グリア細胞は、脇役ではなかった。

星状膠細胞（アストロサイト）は、星形に枝を伸ばした細胞で、血管とニューロンの両方に接している。血流を調整して酸素と栄養をニューロンに届け、同時にシナプスのすきまにも突起を伸ばして、そこでの信号のやり取りを調整する。ひとつのシナプスを、送り手と受け手のニューロンだけでなく、周りを囲むアストロサイトまで含めた三者の関係として捉える見方もあるほどだ。ニューロンだけの回路図には出てこない、いわば裏方の配線係だ。

希突起膠細胞（オリゴデンドロサイト）は、軸索に巻きついて髄鞘（ミエリン）と呼ばれる絶縁性の鞘をつくる。この鞘のおかげで電気信号は鞘のない節目を飛び飛びに伝わるようになり、伝導の速さが大きく上がる。脳の外、たとえば手足に伸びる末梢の神経では同じ役目をシュワン細胞という別の細胞が担うが、脳と脊髄の内部ではもっぱら希突起膠細胞の仕事になる。信号がどう「電気で走る」のかは、この髄鞘の仕組みとあわせて第2部で詳しく見る。

ミクログリアは、脳に常駐する免疫細胞だ。異物や壊れた細胞を処理するだけでなく、使われていないシナプスを刈り込んで回路を整理する役目も担っている。生まれてから思春期にかけて、脳は使う結合を残し、使わない結合を減らすという作り替えを繰り返すが、その刈り込みの実働部隊がミクログリアだと考えられている。

ニューロンが情報を運ぶ主役だとすれば、グリア細胞はその主役が働き続けられる環境を整え、時には回路そのものに手を加える裏方だ。

一種類ではない — 細胞の多様性

ニューロンという言葉も、実際には一種類の細胞を指しているわけではない。大脳皮質でもっとも数が多いのは錐体細胞で、細胞体が三角形に近い形をしており、長い軸索を別の領域まで伸ばして情報を送る、いわば長距離の配線担当だ。

それに対して介在ニューロンは、多くが近くの細胞どうしをつなぐ短距離の配線を担い、興奮を抑える方向に働くものが多い。回路が暴走しないようにブレーキをかける役目と言ってもいい。たとえば速いリズムで発火し続けるタイプは、周囲の細胞をまとめて一斉に抑えることで、複数のニューロンの活動をそろえる働きをする。介在ニューロンにもこうした細かい種類があり、それぞれ抑制のタイミングや対象とする相手が異なる。

細胞体の形、軸索の長さ、放出する神経伝達物質の種類——ニューロンはこうした条件の組み合わせによって、数百種類にも分類されると言われる。単一細胞ごとに遺伝子の働き方を調べる技術が進んだことで、以前は一つにまとめられていたタイプの中にも、さらに細かい区別があることが分かってきている。

数のうえで最も多いのは、実は大脳皮質の錐体細胞ではなく、先ほど触れた小脳にある顆粒細胞だという見積もりもある。小さく密に並んだこの細胞だけで、脳全体のニューロンの過半数を占めている。脳という一つの臓器は、単一の部品を大量に並べたものではなく、役割の違う多種多様な部品が、場所ごとに違う比率で組み合わさってできている。

細胞そのものの種類は、脳のどこでも同じ比率で使われているわけでもない。同じ「ニューロン」という括りの中に、これほど違う形と働きの細胞が同居しているという事実は、脳を一枚岩の器官として語ることの限界を教えてくれる。

次章では、この多様な細胞たちが実際にどこに配置され、どのような地図を描いているのかを見ていく。