今年最も驚くべき神経科学画像をご覧ください

健康な脳がどのように機能し、脳疾患で何が起こるかを理解するために、神経科学者は、人間の脳全体の MRI から単一のニューロン (脳細胞) 内の画像化に至るまで、さまざまな顕微鏡技術を使用して、その過程で驚くべき画像を作成します。ここでは、2017 年にクイーンズランド大学のクイーンズランド脳研究所の科学者が作成した最も優れた画像をいくつか紹介します。

これはマウスの胎児の脳の側面図です。報酬と快楽に関係する神経伝達物質であるドーパミンを放出するニューロンの軸索（濃い青）が、標的の脳領域に向かって成長しています。

神経科学がますます一般の関心を集めるようになるにつれ、研究者たちはポップアート運動と類似した方法で、自分たちの研究結果を分かりやすくしようと努めている。これらは人間の脳の MRI 画像である。

この画像は、MRI ベースの神経画像技術である拡散テンソル画像で、げっ歯類の脳の脳梁を通る繊維束を示しています。脳梁は脳の左半球と右半球を互いに結び付けています。色は、神経束が脳内を移動するさまざまな方向を表しています。

小さな驚異

下の色鮮やかな画像は、ニューロン間のコミュニケーションを仲介する上で重要な個々の分子のナノスケールの動きを示しています。これらの分子がどのように組織化され、どのように動くかを知ることは、健康および病気における脳の理解の核心です。

花火のように見えるかもしれませんが、この画像は単一のアクチン分子のナノスケールの動きを示しています。アクチンは、植物や動物のすべての細胞、この場合は神経分泌細胞、血液中にメッセージ分子を放出する特殊なタイプの神経細胞に存在する必須タンパク質です。

この画像は、周囲のニューロン (クリーム色) が光のフラッシュで活性化された後に記録された、脳の皮質領域にある単一のニューロン (金色) の活動を示しています。

青いニューロンはサンゴ礁の上のマンタのようで、蛍光マーカーでタグ付けされたタンパク質を発現しています。周囲の細胞のピンク色は、タンパク質の処理と輸送に重要な細胞構造である小胞体から形成されています。

マウスの脊髄のこの部分では、多様なニューロンの種類が見られます。ピンク色の小さなニューロンは痛みに関係し、緑色の大きなニューロンは運動に関係しています。

学習と記憶に重要な脳領域である海馬のニューロン組織は、雪に覆われた森のように見えます。「雪」は細胞核でできており、細胞核には各細胞の遺伝物質が含まれています。「木」はニューロンの突起で、これに沿って電気信号が伝わり、他の細胞との通信が可能になります。

病気における脳

アルツハイマー病では、タウタンパク質（金）が蓄積すると毒性を帯びるようになる。魅惑的な宝石のようなこのクラスターが、これほど破壊的になり得るとは信じがたい。

高悪性度脳腫瘍の特徴を理解することは、病気の治療法を見つける上で非常に重要です。高解像度の蛍光イメージングにより、正常な脳細胞ががん細胞になる仕組みや、がん細胞がどのような行動をとるのかを調査できます。この画像は、がん細胞 (赤) が正常な脳組織 (緑) に浸潤する過程を示しています。

自然からの洞察

海の生物、ゼブラフィッシュ、回虫などのモデル生物を研究することで、それぞれ視覚、脳の発達、神経の再生についての洞察が得られます。

このタマイカを含む深海生物は、防御のため、獲物を引き付けるため、さらにはカモフラージュするために自ら光を発します。水深 600 メートルでは、タマイカの発光器官から発せられる生物発光の閃光は獲物にとって致命的な魅力となります。

このシャコのそれぞれの目には 2 つの網膜が見えます。シャコは世界で最も複雑な視覚システムを持っています。可視光線と紫外線を見ることができ、円偏光を反射して検出することができます。これは自然界では非常に珍しい能力です。

これらは、特注の顕微鏡を使用して 3D で記録され、深さに応じて色分けされた、生後 1 週間のゼブラフィッシュの脳内で発火するニューロンです。若いゼブラフィッシュの脳内の活動を画像化することで、脳が機能のためにどのように形成されるかを理解できる可能性があります。

ライフサイクルのさまざまな段階にあるC. elegans線虫の培養皿。C. elegans は単純で半透明な生物であるため、研究者が神経系を研究するための理想的なモデルです。

QBI グラフィック デザイナーの Nick Valmas 博士、サイエンス ライターの Donna Lu、QBI 博士課程の Abdalla Z Mohamed 氏に感謝します。
Wei Luan はポスドク研究員、Merja Joensuu はポスドク研究員、Ravi Kiran Kasula はクイーンズランド大学の博士課程の学生です。この記事はもともと The Conversation に掲載されました。