Neuroplasticity: changes in grey matter induced by training
https://www.nature.com/articles/427311a
記事のまとめ
『訓練によって誘発される灰白質の変化：神経可塑性』B.ドラガンスキ（レーゲンスブルク大学）他（2004）
† 脳の構造変化を可視化：ジャグリング訓練で脳が変わる衝撃的発見成人の脳は変化しないという定説を覆す画期的な研究結果が発表された。レーゲンスブルク大学の研究チームが、ジャグリング訓練による脳の構造変化を世界で初めて可視化することに成功した。
この研究では、24名の若年成人（女性21名、男性3名、平均年齢22歳）を対象に、ジャグリング訓練が脳構造に与える影響を調査。3ヶ月間のジャグリング練習で、視覚運動処理に関連する脳領域に明確な構造変化が観察された。特に注目すべきは、これらの変化が訓練中止後に元に戻ったという点だ。
脳の可塑性（柔軟に変化する能力）は、従来、機能的な変化に限られると考えられてきた。しかし、高解像度MRIを用いた詳細な解析により、「中側頭領域（hMT/V5）」と「左後頭頂間溝」という特定の脳領域で、灰白質（神経細胞が密集する領域）の一時的な増加が確認された。
特筆すべきは、この構造変化がジャグリングの習得と密接に関連していた点である。被験者は3ヶ月の訓練で「60秒以上の継続的なジャグリング」が可能になり、この時期に脳構造の変化が最大となった。しかし、訓練を中止すると、ジャグリング能力の低下とともに脳構造も元の状態に戻っていった。
この発見は、成人の脳が環境変化や学習に応じて構造レベルでも変化し得ることを実証した画期的な研究である。これは、リハビリテーションや技能習得における脳の適応メカニズムの理解に新たな視座を提供する。
研究チームは、この構造変化の微視的メカニズムについて、「シナプスの増加」「神経突起の成長」「グリア細胞の変化」などの可能性を指摘している。今後の研究では、これらのメカニズムの解明が期待される。
環境的要因に応じて、成人の人間の脳の構造は変化するのだろうか1,2？ ここでは、ジャグリングを習得したボランティアの脳における学習による可塑性を視覚化するために、脳全体の磁気共鳴画像法を使用した。その結果、これらの被験者では、複雑な視覚運動の処理と保存に関連する脳領域において、一過性かつ選択的な構造変化が起こっていることがわかった。この脳の巨視的構造における刺激依存性の変化の発見は、皮質の可塑性が解剖学的変化よりも機能的変化に関連しているという従来の見解に反するものである。
動物実験では、哺乳類の脳構造において経験に関連した変化が起こる可能性が示されているが、これまでに人間の脳で同様の変化が起こったという証拠は見つかっていない3-5。この可能性を調査するために、性別と年齢が一致するボランティアの均質なグループ（女性21名、男性3名；平均年齢22歳±1.6標準偏差）をジャグリングを行うグループと行わないグループの2つのグループに分けた。両グループとも、最初の脳スキャンの時点ではジャグリングの経験はなかった。
ジャグラーグループの被験者には、3か月間、3つのボールを使った古典的なジャグリングのルーティンを学んでもらった。
熟練したパフォーマー（つまり、少なくとも60秒間ジャグリングを維持できる）となった時点で2回目の脳スキャンを実施した。3回目のスキャンは3か月後に行われたが、その間、パフォーマーたちは練習もせず、スキルを向上させようともしなかった。
例えば、4つのボールや逆カスケードを習得するなどである。実際、3回目のスキャンの時点では、ほとんどの被験者は3つのボールを使ったカスケード・ジャグリングを流暢に行うことができなくなっていた。
私たちは、ボクセルベースの形態計測という洗練された客観的な全脳技術を用いて、ボランティア全体の結果を平均化することで、灰白質と白質における微妙な領域特異的変化を調査した。この方法は、共通の定位空間で登録された高解像度の三次元磁気共鳴画像法に基づいており、ガウス確率場6,7の文脈におけるボクセル単位の統計を適用することで、有意な地域差を見出すように設計されている。
最初のグループ比較（ベースライン）では、ジャグリングを行う人と行わない人の間には、灰白質に有意な地域差は見られなかった。縦断的分析では、ジャグリングを行うグループは、最初のスキャンと2回目のスキャンの間において、中側頭領域（hMT/V5）と左後頭頂間溝において灰白質に有意な（44 d.f., P<0.05）一過性の両側拡張が認められた。この拡張は3回目のスキャンでは減少した（図1）。これらの領域では、一時的な灰白質の構造変化とジャグリングのパフォーマンスに密接な関係があることが分かった。これらの知見は、訓練刺激に特有のものであり、ジャグリングをしない被験者では、同じ期間に灰白質に変化は見られなかった。
我々の結果は、加齢や病的な状態による形態の変化を除いて、成人した人間の脳の解剖学的構造は変化しないという、従来の見解に反するものである。我々の研究結果は、学習による大脳皮質の可塑性が構造レベルにも反映されることを示している。
ボランティア全員が正常な微細運動能力を有していることから、ジャグリング、ひいては動く物体の知覚と空間的予測は、運動野（協調運動の計画と実行に関与する。すなわち、
すなわち、補足運動野および/または運動皮質、小脳、大脳基底核などである。
観察された一時的な灰白質の増加は、特定の運動選択領域で起こっているが、これらの動的な構造変化の根底にある微視的な変化は不明である。巨視的な変化は、一時的なシナプス量や神経突起の通信レベルでの変化に基づくものかもしれないし、あるいはグリア細胞や神経細胞の新生増加を含むものかもしれない4。 イメージングの結果は、一時的で訓練に依存する脳の構造変化の微視的レベルでの構造的基礎を特定するために、組織学的データと比較する必要がある。
ボグダン・ドラガンスキ*、クリスチャン・ガザー†、フォルカー・ブッシュ*、ゲルハルト・シュライヤー‡、
ウルリッヒ・ボグダン*、アーネ・メイ*
*レーゲンスブルク大学神経科、‡レーゲンスブルク大学神経放射線研究所、
93053 レーゲンスブルク、ドイツ
†イェナ大学精神科、07740 イェナ、ドイツ