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脳の美しさ

人間の脳は、問題を解決する能力と創造力をすべて備えており、自分自身を理解するのに十分な力がありますか? 既知のユニバース(ユニバース自体を除く)には、これ以上複雑なものはありません。 脳には約1, 000億個の神経細胞またはニューロンが含まれており、それぞれが数千の他の脳細胞と通信できます。

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私たち霊長類は主に視覚的な生き物なので、おそらく脳を理解するための最良の方法それをはっきりと見ることです。 スペインの科学者サンティアゴ・ラモン・イ・カハールが個々のニューロンをマークする染色を使用し始めて以来、それが125年間の目標でした。 彼は顕微鏡を通して、染色された細胞と、それらが他のニューロンに接続している枝状の突起を覗き見ました。 「ここではすべてがシンプルで、明確で、混乱していません」と彼は、現代の神経科学の始まりである彼の観察について書きました。

科学者はそれ以来、さまざまな脳領域が専門とする特定のタスクを決定する方法を考案しました。たとえば、視力の処理に専念しているニューロン、水平線のみを検出するニューロン、危険を感じたり発話するニューロンなどです。 研究者たちは、互いに隣接していない脳領域が、軸索と呼ばれる細胞突起の長い領域によってどのようにつながっているかを描いたマップを作成しました。 最新の顕微鏡技術は、経験に応じて形状が変化するニューロンを明らかにします。潜在的に記憶を記録します。 新鮮な光で脳を見る能力は、過去数十年で豊富な洞察を生み出しました。

現在、科学者のこの宇宙への進出は、アートオブジェクトとして別の用途に使用されています。 コロンビア大学で訓練を受けている神経科学者のカール・スクーナーは、新しい本「 Portraits of the Mind (Abrams)」のために脳の興味深い画像を収集しました。 「これらはアーティストの演出ではなく、実際のデータです」と彼は言います。 「これは、神経科学者が顕微鏡、MRIマシン、または電気生理学システムで見ているものです。 これらの技術により、神経科学が存在します。」

蛍光クラゲから遺伝子を借りて、それを研究室の虫やマウスのDNAに挿入することで、科学者はニューロンを光らせました。 カハールの染色技術は死後の組織でのみ機能し、ニューロンをランダムにマークしましたが、新しい染料により、科学者は「 生きている動物および組織のニューロンを研究する」ことができました。

最新の方法の1つは、藻類を光に敏感にする遺伝子に依存しています。 遺伝子を含むニューロンに光を当てると、その行動を変えることができます。 「進歩により、光線を使用して個々の細胞や細胞タイプの活動を操作できるようになりました」と、Salk Institute for Biological StudiesのTerrence Sejnowskiは書いています。

脳は不思議なままですが、これらの画像のパターン-神経結合の豊富な渦巻き、予期しない対称性、構造の層-は、科学者がまだ解読することを信じるように促します。 スクーノーバーは、「読者に、画像が何であるのか、なぜ画像がこんなに美しいのかを理解する価値があると思わせる」ことを望んでいます。

ローラヘルムススミソニアンのシニアエディターです。

写真はPortrait of the Mind:Visualizing the Brain from the Antiquity to 21st Century to a Carl Schoonover、発行:Abrams

豊かに階層化された海馬は、思い出が作られる場所です。 このマウスの脳内の海馬の3つの主要なコンポーネントには文字が付いています。 (Tamily Weissman、Jeff Lichtman、Joshua Sanes(2005)/ Abrams Books) 適切な条件下では、脳の途方もない複雑さからパターンが現れます。 磁気共鳴画像法の最新のアプリケーションの1つは、細胞内の水の流れを追跡し、脳内で長距離接続を行う神経路を明らかにします。 この脳の画像では、青い部分が上下に、赤が右と左に、緑が前と後ろにあります。 (Patric Hagmann(2006)/ Abrams Books) 脳の画像診断は、肉眼による解剖学から複雑な回路へと進歩しています。 1027年頃のイブン・アル・ヘイサムによるこの最初の既知の神経科学図では、目と視神経が示されています。 (イブンアルヘイサム(1027年頃)/イスタンブールのスレイマニエ図書館の厚意/エイブラムス書籍) サンティアゴ・ラモン・イ・カハールの1914年に描かれた、他のニューロンのtendが絡み合ったふっくらしたニューロン体。 (SantiagoRamóny Cajal(1914)/ Juan A. de Carlos博士の礼儀、Cajal Legacy、Instituto Cajal(CSIC)/ Abrams Books) ニューロンがとる形式は、ニューロンのグループの編成方法と同様に、その機能によって決まります。 ここに示されているのは、タッチに敏感なマウスの脳の一部にある明るい長方形のクラスターです。 それぞれが異なるウィスカーからの神経信号を処理します。 (Lasani Wijetunge and Peter Kind、2008 /エイブラムス・ブックス) このすべての脳活動を刺激し、いくつかのイメージング技術の基礎となるのは、繊細な血管の密なネットワークです。 (AlfonsoRodríguez-Baezaand MarisaOrtega-Sánchez(2009)/ Abrams Books) これは抽象芸術ではありません。サルの脳内の神経活動を表しています。 視覚皮質と呼ばれる脳のこの部分は、目から情報を受け取る脳の最初の部分の1つです。 視覚皮質は、直線のような単純な形状に調整されています。 猿はさまざまな方向の線を見せられ、さまざまな色は、特定の種類の線に特に関心のある皮質のビットを表しています。 たとえば、緑色で強調表示されたニューロンクラスターは、サルが縦線を見るとアクティブになります。 黄色のニューロンクラスターは水平線に調整されます。 (Yevgeniy B. Sirotin提供) 脳がうまく機能しているとき、さまざまな部分が軸索と呼ばれる長い繊維でつながっています(写真2を参照)。 しかし、脳が損傷すると(視床と呼ばれる脳の一部で脳卒中を患った患者の画像のように)、接続が切断されます。 (ヘニングU.ヴォスの礼儀) ニューロンは、小胞と呼ばれるパウチからドーパミンなどの化学物質を放出することにより、互いに通信します。 ここで線維芽細胞に見られる小胞は、最終的に細胞の側面を通って飛び出し、細胞の隣人によって検出される化学メッセージを放出する測地線の外側コーティングを持っています。 (ジョン・ホイザー、MDが作成した画像) 私たちの細胞は、細胞の形を維持するタンパク質の足場に囲まれています。 電子顕微鏡下では、アクチンフィラメントと呼ばれるタンパク質繊維は編組ロープのように見えます。 (ジョン・ホイザー、MDが作成した画像) 海馬は記憶の席です。 損傷している場合、怪我のずっと前に起こったことを思い出すことができますが、新しい思い出を作ることはできません。 (提供:Thomas DeerinckおよびMark Ellisman) ダンスや自転車に乗る能力について、小脳(脳の後部と下部にある複雑な組織の葉)に感謝します。 それはすべて運動の調整についてです。 この小脳組織の染色切片では、グリアと呼ばれる支持細胞は青色で、プルキンエニューロンと呼ばれる細胞は緑色で表示されています。 プルキンエニューロンは、脳内で最大のニューロンの一部であり、樹状突起と呼ばれる突起の広範な分岐ネットワークを持っています。 (提供:Thomas DeerinckおよびMark Ellisman) 数年前、神経科学者は、緑色または赤色に光る2つの蛍光タンパク質をどのように取り、それらを個々のニューロンに組み込むことができる異なる色の虹に変えるかを考え出しました。 ここでは、小脳の細胞を染色するためにこの手法が使用されます。 結果? 「brainbow」(Brainbowマウスは、J。Livet、TA Weissman、H。Kang、RW Draft、J。Lu、RA Bennis、JR Sanes、JW Lichtmanによって作成されました) 記憶にとって重要であることが判明した密集した海馬は、ジョセフ・ジュール・デジェリンによるこの1895年のドローイングの主題でした。 (ドワイト・プリミアーノ、 Anatomie des centre neurouxによる写真、パリ、Rueff、1895-1901) Carl Schoonoverの本には、世界有数の神経科学者によるエッセイが含まれています。 (エイブラムス書籍の礼儀)
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