なぜ脳は睡眠を必要とするのか？この「きらめく」星型細胞が答えを見つける手助けになるかもしれない

科学者たちは、睡眠が必要な理由をまだ正確に解明していない。彼らが本当に知っているのは、睡眠をとらないと脳に何が起こるかということだけだ。しかし、先週 Current Biology 誌に発表された新しい研究では、長い間見過ごされてきたユニークな種類の星型細胞を調査しており、その答えが明らかになるかもしれない。その細胞とは、アストロサイトだ。

アストロサイトは脳内のニューロンを物理的にサポートするグリア細胞（文字通り「接着剤」を意味する）で、最近までそれが主な機能であると考えられていました。ワシントン州立大学によるこの新しい研究では、研究者らは小型顕微鏡を使用して、マウスの脳におけるカルシウムシグナル伝達と呼ばれるプロセスを追跡しました。マウスと人間の脳の両方で、アストロサイトはカルシウム粒子を互いに送り、通信し、ニューロンの活動に必要なサポートを提供します。研究チームは、マウスで、アストロサイト間のカルシウムシグナル伝達のパターンが、マウスが起きているか眠っているかによって変化することを発見しました。この発見自体は、アストロサイトがサポートするニューロンの行動を単に反映しているだけかもしれないため、それほど刺激的ではありませんでした。

しかし、ニューロンは覚醒時に活動パターンがより強くなり、意図的に私たちの反応や思考を助けます。しかし、この研究では、アストロサイトは逆の行動をとることがわかりました。カルシウム信号のパターンは、ノンレム睡眠中にさらに明確になりました。これは奇妙な発見だと研究チームは言います。

「アストロサイトはニューロンの活動を単に反映しているだけではないことから、アストロサイトはこれまで考えられていた以上に睡眠の調節に直接的な役割を果たしている可能性が示唆される」とワシントン州立大学の神経科学者でこの研究の筆頭著者であるアシュリー・インギオシ博士は言う。

科学者たちは、脳内のニューロン間でやり取りされる電気信号を測定できる脳波検査（EEG）を通じて、脳内のニューロン活動を研究することができた。しかし、アストロサイトは電気信号を送ることができないため、この方法は使えない。これまで、研究者たちは脳内のカルシウム信号を追跡するツールを持っていなかった。この研究のために、研究チームは2光子顕微鏡と呼ばれる超高感度ツールを使用し、脳内のカルシウムの動きをきらめく光として超高精細に観察することができた。

この技術の進歩は、そもそもなぜ睡眠が必要なのかという理解への一歩となるかもしれない。これは科学者たちが何千年もの間答えを出そうとしてきた疑問だ。睡眠に関する研究のほとんどは、ニューロンの活動に焦点を当ててきた。なぜなら、ニューロンは脳活動のほとんどを駆動し、その活動は脳波を通じて測定可能だからだ。しかし、私たちは間違った細胞に注目していたのかもしれない。

「今回の研究により、ニューロンではない全く異なる種類の細胞が見つかりました。この細胞も睡眠と覚醒の状態に応じて動的に変化し、睡眠の調節に役割を果たしています」とインギオシ氏は言う。

インジオシ氏によると、これらの新しい発見は、自閉症スペクトラム障害、PTSD、アルツハイマー病など、さまざまな病気によって引き起こされる睡眠障害に対処するための、睡眠研究者にとっての出発点となるかもしれない。研究の著者らは、睡眠のために脳内に理想的なカルシウム環境を作り出すことや、人に必要な睡眠時間をコントロールすることが可能かどうかはまだわかっていないが、これらは睡眠研究者を魅了する疑問である。

答えの出ていない疑問はたくさんあるものの、アストロサイトが睡眠調節に役割を果たしている可能性は、睡眠研究のまったく新しい時代の幕開けとなる刺激的な発見です。

「だから、しばらくの間、私たちは間違った場所を探していたのかもしれません」とインギオシ氏は言う。「もしかしたら、私たちがそもそもなぜ眠るのかという謎を解明する新たな道筋が見つかったのかもしれません。」