神経伝達物質

主な伝達物質と、その役回り

神経伝達物質として働く物質は、これまでに100種類以上が見つかっている。だが量で見れば、その大半を占めるのはたった二つ、興奮性のグルタミン酸と抑制性のGABAだ。前章で見た、閾値を越えるかどうかの絶え間ない足し合わせ——あの脳の「速い」やり取りの大部分は、この二つの物質だけでまかなわれている。100兆ともいわれるシナプスで、休みなく同じ二種類の言葉が交わされている、と考えるとその圧倒的な物量が想像できるだろう。

これに対して、ドーパミン、セロトニン、アセチルコリン、ノルアドレナリンといった物質は、量としてはごくわずかしか使われていない。だがその効きかたは、グルタミン酸やGABAとはだいぶ性格が違う。個々のシナプスで一対一のメッセージを運ぶというより、脳のかなり広い範囲にまたがる回路に対して、その「効きやすさ」そのものを変えてしまう。

少数の物質が、回路全体の効きかたを変えている。

ボリュームつまみやコントラストつまみのように、信号の中身を書き換えるのではなく、信号がどれだけ通りやすいか、どれだけ強く反応するかという設定そのものを変える。こうした物質は神経調節物質と呼ばれ、少数の細胞が脳の広い範囲に軸索を伸ばして担っていることが多い。

グルタミン酸とGABAが、脳という組織における文法だとすれば、ドーパミンやセロトニンは、その文章がどんな声色で読み上げられるかを決めている、と言ってもいい。調節性の神経伝達物質を作り出している細胞体の数自体は、脳全体で見てもごくわずかだ。たとえばドーパミンを作る細胞は、脳幹の奥深くに集まったほんの数十万個ほどの集団にすぎない。

それでいて、そこから伸びる一本一本の軸索は驚くほど広い範囲に枝分かれし、大脳皮質のほぼ全域や、記憶にかかわる部位、運動にかかわる部位にまで届いている。少数の送り手が、広い範囲の受け手に同じ調子の信号を一斉に送る——霧吹きで会場全体に薄く香りを行き渡らせるような伝えかたに近い。

ドーパミンは学習と動機づけに、セロトニンは気分や睡眠など脳全体の状態調整に、アセチルコリンは注意の向けかたや学習の下地づくりに、ノルアドレナリンは覚醒度や「構え」の調整に、それぞれ深くかかわっている。図に、量で圧倒するグルタミン酸とGABA、そして少数精鋭で回路の設定を変える四つの調節物質をまとめた。

ドーパミンは「快楽物質」ではない

ドーパミンは、しばしば「快楽物質」と呼ばれる。おいしいものを食べたときや、楽しいことが起きたときに分泌される物質だという理解は、半分正しく、半分は的を外している。ドーパミン細胞がもっとも強く反応するのは、報酬そのものが来た瞬間ではなく、その報酬が予測とどれだけずれていたか、という一点にかかっている。

予測どおりの報酬が来たとき、ドーパミン細胞の発火はほとんど変化しない。予測より良い報酬が来たときには発火が増え、逆に、来ると見込んでいた報酬が実際には来なかったときには、発火が基準より落ち込む。報酬の大きさそのものではなく、「予測との差」——専門的には報酬予測誤差と呼ばれる量——に応答しているのが、ドーパミン細胞の本当の姿だ。

ドーパミンが伝えているのは、快さではなく、予測とのズレだ。

この誤差は、単なる感情の起伏ではなく、学習のための信号として使われている。予測が外れるたびに、脳は「何が起きるとうれしいのか、がっかりするのか」という予測のモデルを少しずつ書き換えていく。ドーパミンが担っているのは「快い」という感覚そのものというより、「もっと欲しい」という動機づけ、次の行動を駆り立てる力に近い。

依存性のある物質や行動の中には、この予測誤差の仕組みを人工的に、しかも過剰にかき立て続けるものがあり、これが本来は学習を助けるはずの信号を狂わせ、やめられなくなる状態につながると考えられている。

「欲しい」という感覚と「快い」という感覚は、脳の中では別々の仕組みに支えられていることが分かってきている。ドーパミンが強くかかわっているのはどちらかといえば前者、つまり何かに近づこう、手に入れようとする動機づけの部分であり、実際に手に入れたときの満足感そのものは、また別の仕組みが担っている。

前章で見た、シナプスが使われるたびに強さを変えていくという仕組みを思い出してほしい。ドーパミンによる予測誤差の信号は、まさにこの「どのシナプスを強め、どれを弱めるか」という選別に関わっており、報酬につながった行動の経路を優先的に太くしていく、いわば学習の舵取り役を果たしている。

「予測と実際の差に応じて自分を書き換えていく」というこの考え方は、実はドーパミンだけの特殊な性質ではない。似た発想は、この先の章やコラムでも、脳全体の働きかたを説明する原理として繰り返し姿を見せることになる。

セロトニンについても、「幸せホルモン」という呼び方が広く使われているが、これも単純化しすぎだ。セロトニンは気分だけでなく睡眠、食欲、体温の調整など幅広い機能にかかわっており、一つの感情の量を直接動かすつまみというより、脳全体の状態を下支えする、もっと地味で広範な役回りを担っている。

ホルモンとは、何が違うのか

神経伝達物質とよく比較される言葉に、ホルモンがある。両者はどちらも化学物質による伝達だが、届けかたがまるで違う。神経伝達物質はシナプスという狭い隙間を、ミリ秒に満たない速さで渡り、受け取るのは基本的に向かい合った一つの相手だけだ。ねらいを定めた、近距離・高速の伝達といえる。

一方でホルモンは、内分泌腺から血液の流れに乗って全身に運ばれる。特定の相手だけをねらうのではなく、その受容体を持つ細胞であれば、体のどこにあっても受け取ることができる。届くまでの時間も秒から分、時には時間の単位までかかる、広域・低速の伝達だ。図に、この二つの伝わりかたの違いをまとめた。

ホルモンの届く速さは、その種類によって幅がある。ストレスを受けた直後に分泌される物質は数分のうちに全身へ作用が広がる一方、成長や代謝にかかわる物質の中には、効果が現れるまでに数時間、あるいはもっと長い時間を要するものもある。共通しているのは、狙いを一つの相手に絞らず、体じゅうの対応する受容体すべてに向けて、同じ合図を一斉に送っている点だ。

この区別はきれいに割り切れるものでもない。ノルアドレナリンは、脳の中では神経伝達物質として狭い範囲のシナプスで働く一方、副腎からはアドレナリンとして血液中に放出され、心拍数を上げたり全身の血管を締めたりするホルモンとしても働く。同じ系統の物質が、近距離の会話と全身への号令という、二つの顔を使い分けているわけだ。

似たような二重性は、オキシトシンにも見られる。脳の中では神経伝達物質として、他者とのかかわりかたの調整にひと役買っている一方、下垂体から血液中に放出されれば、出産や授乳にかかわるホルモンとしても働く。一つの物質が、送り先と届けかたしだいで、まるで違う顔を見せることがある。

薬は、どこに効いているのか

心にはたらきかける多くの薬は、ここまで見てきた神経伝達物質のやり取りのどこかに介入することで効果を発揮している。おおまかに分ければ、経路は三つだ。前章で触れた再取り込みを妨げて、隙間に神経伝達物質がとどまる時間を延ばすもの。受容体に直接結合して、神経伝達物質の代わりに働いたり、逆にその結合を邪魔したりするもの。

そして、神経伝達物質を分解する酵素の働きを妨げて、分解される速さを遅らせるものだ。隙間にとどまる時間を延ばす薬は、いわば信号の効きめを「長引かせる」方向に働き、受容体に直接結合する薬は、本来の伝達物質が来ていないのに「来た」かのように受容体を錯覚させる。分解を妨げる薬は、少ない量の神経伝達物質でも効果を長く持続させる。

効果が現れるまでに数週間かかる薬があるのも、この仕組みから説明できる部分がある。神経伝達物質の量そのものは比較的早く変化しても、それを受け取る側の受容体の数や感度が新しい状態に落ち着くには、もっと長い時間がかかることがあるからだ。薬の効きかたには個人差も大きい。受容体の数や、分解にかかわる酵素の働きぐあいは人によって違うため、同じ量の薬でも効果の出かたや、変化が現れる速さは一様ではない。

ただし、これはあくまで神経伝達物質という切り口から見た、ごく大まかな仕組みの説明にすぎない。個々の薬がどう効き、どう使うべきかは症状や体質によって大きく異なり、専門家の判断を要する領域だ。ここでは具体的な薬の名前や使いかたには立ち入らない。

電気の信号を化学に変え、また電気に戻し、その効きかたを少数の調節物質で書き換える——ここまでの二部で見てきたのは、脳という臓器がどんな部品でできていて、どんな仕組みで動いているかという土台の話だった。次の第3部では、この土台の上に、見る・覚える・注意を向ける・決めるといった、脳の実際のはたらきがどう立ち上がってくるのかを見ていく。