最近の脳科学の進展によって、脳梗塞などによって失われた脳の機能も、効果的なリハビリテーションによって機能回復につながることがわかってきました。今回、自然科学研究機構生理学研究所の鍋倉淳一教授の研究グループは、脳梗塞後には反対側の脳が失われた機能を“肩代わり”することを証明し、また、その脳の機能回復の過程の詳細を、マウスを使って明らかにしました。脳の神経回路の「つなぎ換え」（再編）や機能回復は、順序よく整然としたプロセスで起こっていることが初めて明らかになりました。日本でも患者数２５０万人にも上るといわれる脳卒中後の効果的なリハビリテーション方法開発に役立つ成果です。米国神経科学学会誌（Journal of Neuroscience、８月１２日号）で報告されます。
研究チームは、マウスの脳の右半球の表面、大脳皮質（体性感覚野）といわれる部位に脳梗塞をひき起こし、そのとき、反対側の左半球の同じ部位の神経で何が起こるのかを、詳細に調べました。右半球の脳梗塞で失われた脳の機能も、左半球が代わりに働くようになり、機能を“肩代わり”するようになりました。その過程で、脳梗塞とは反対側の左半球では、脳の中の神経のつなぎ方がまず最初に組み変わり、機能を肩代わりするための新たな神経回路が組まれ（神経回路のつなぎ換え）、そしてその後に、刺激に応じて最適な機能回復が促されることが明らかになりました。このとき、脳の神経のつなぎ方が組み換わるのは脳傷害後早期の１週間目から２週間目の間という限られた時期に起こること、また、機能回復は刺激を与え続けることにより脳傷害後４週間目にかけて次第に完成されることも明らかになりました。
鍋倉教授は、「脳傷害後の回復の過程は漫然と起こるのではなく、まず脳の神経のつながり方が変わり、そのあとで機能回復が起こるような、整然としたプロセスを経ていることが明らかになりました。神経回路の再編と機能回復は、それぞれ異なるメカニズムで起こっている可能性があり、それぞれに最適なリハビリテーション方法があると思われます。脳傷害後の特定の時期に傷害部位とは反対側の脳をいかに刺激するか、など、効果的な治療法・リハビリテーション方法の開発に役立つ成果です。」と話しています。
本研究は、ＪＳＴ 戦略的創造研究推進事業 チーム型研究（ＣＲＥＳＴ）の研究領域「脳の機能発達と学習メカニズムの解明」（研究総括：津本 忠治 （独）理化学研究所脳科学総合研究センター チームリーダー）における研究課題「発達期および障害回復期における神経回路の再編成機構」（研究代表者：鍋倉 淳一）の一環として行われました。
（Ａ）脳の右半球の表面、大脳皮質（体性感覚野）に脳梗塞を起こしたとき、反対側の左半球の同部位（体性感覚野）に注目して研究を行った。（Ｂ）（Ｃ）マウスでは、右半球が脳梗塞を起こしてから１週間目から２週間目の限られた間に、神経回路のつなぎ換えが起こっていた。この時期には、神経の新しい突起が生まれたり、また無くなったりが頻度高く起こっていた。（Ｂ）観察開始０時間目。（Ｃ）観察開始６時間目。（Ｂ）と（Ｃ）の矢印に注目。観察開始６時間目には新しいシナプス（“突起”）ができていることがわかる。
脳の神経細胞がある脳の表面から200-400 ミクロン（マイクロメートル）くらいの深さの部分での反応に注目。左半球の脳は本来なら左足をいくら刺激しても反応しない（上図）。この左足の刺激に対して、脳梗塞後４週間目には、脳梗塞とは反対側である左半球の脳が反応するようになった（下図、点丸内の脳の中の赤と青の間で電流が流れている）。脳梗塞後後１週間目から２週間目から反対側の脳も反応しはじめるが、４週間たったところで顕著になった。
痛み刺激（機械刺激）を左足にあたえ、そのときのマウスの行動を調べた（感受性の試験）。縦軸は機械刺激の重さ（ｇ）。脳梗塞後すぐでは反応が鈍くなるが、２週目くらいから再び敏感となり４週目には元通りに戻った。もともと脳梗塞したときには失われた機能も、４週目には脳梗塞とは反対側の脳が肩代わりし、機能回復したものと思われる。
脳梗塞を起こした脳半球の機能を、反対側の同部位の脳半球が肩代わりすることを、証明しました。
脳梗塞部位とは反対側の脳が機能を“肩代わり”することによる機能回復に先立って、この反対側の脳で、まず、神経回路のつなぎ換えが起きることを発見しました。マウスでは脳梗塞後１週間目から２週間目という限られた時期に起こっていました。
今回みられたような脳梗塞後の機能回復過程では、脳梗塞とは反対側の脳の神経回路の再編と機能回復が順々に起こります。今回の結果は、その両者が、それぞれ異なるメカニズムで起こっている可能性を示しています。それぞれ、最適なリハビリテーション方法が異なる可能性があります。とくに、脳傷害後の特定の時期に梗塞部位とは反対側の脳をいかに刺激し神経回路のつなぎ換えを促すか、など、効果的な治療法・リハビリの方法の検討が必要でしょう。
Neuronal circuit remodeling in the contralateral cortical hemisphere during functional recovery from cerebral infarction
Takatsuru Y, Fukumoto D, Yoshitomo M, Nemoto T, Tsukada H, Nabekura J
Journal of Neuroscience（米国神経科学学会誌）
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