生物が目標を達成するために必要な注意力の制御は、2つの能力から成り立っている。気晴らしを無視する集中力と、衝動を抑える規律である。MITの神経科学者による新しい研究では、これらの能力は独立しているが、前頭前野の2つの異なる領域を標的とすることで、1つの脳領域である「ロカス・ケルレウス」のノルアドレナリン作動性ニューロンの活動が両方を制御していることが明らかになった。MIT Newsが報じた

本研究の著者である理研-MIT神経回路遺伝学研究室のピコワー教授(生物学・神経科学)の研究グループは、「本研究の結果は、標的領域の神経活動の選択的な変調によって注意制御を実行する際に青斑核(LC)ニューロンの活性化が根本的な因果関係を持つことを示している」と書いている。

ヒトや他の哺乳類における注意制御の薬理学的研究や病変研究から、ノルアドレナリン作動性LCニューロンがこのような役割を持つ可能性が示唆されているが、最も説得力のある証拠は因果関係ではなく、相関関係にあると利根川研究室のAndrea Bari主任研究員は言う。『Proceedings of the National Academy of Sciences』誌に掲載された新しい研究では、研究チームは、検眼遺伝学を用いてマウスのノルアドレナリン作動性LCニューロンを特異的に制御し、マウスが3つの注意制御タスクに従事する際に、時間的・空間的に正確に制御することで、明確な因果関係を実証した。この操作は、マウスのパフォーマンスに即座に確実に影響を与えた。

細胞に特異的な手法を用いて、リアルタイムでLCを活性化することで、このような効果が得られることを初めて実証した、と研究チームは主張している。この結果は、注意欠陥・多動性障害(ADHD)など、注意力の制御やその構成能力のいずれかが低下している精神疾患の理解と治療に重要な貢献をする可能性があると著者らは述べている。

MIT Newsによると、「ADHD患者は注意散漫性と衝動性の両方に苦しむかもしれません。しかし、主に不注意な提示や多動性衝動性の提示によって特徴付けられるケースもあります。おそらく我々 は異なるタイプの ADHD に取り組むための新しい戦略を考えることができます」と共著者で研究科学者のMichele Pignatelliは説明している。

意外なことに、この研究はまた、不安におけるLCニューロンの役割についての新たな疑問を提起した。LCニューロンの活動を刺激すると、マウスの不安を減少させることも起こった、とBari主任研究員は言う。

研究者らは、ノルアドレナリン作動性LCニューロンの双方向性のオプトジェニック制御を取る方法を確立した後、異なる色の光で活動を刺激したり抑制したりすることができることを意味し、マウスでそれぞれの操作の効果をテストした。最初の実験では、ネズミは半秒の光の点滅で、食べ物のご褒美をもらうために鼻で2つのポータルのどちらを突くかを知らせるまで7秒待たされた。LCニューロンを視能的に刺激したマウスは、操作しなかった場合に比べて、このタスクをより頻繁に正確に行い、早まった動きをすることが少なくなった。LCニューロンを抑制したマウスでは、タスクを正しく実行する頻度が低く(注意力が低いと、光の点滅を見逃すことになる)、通常よりも銃を跳ぶ回数が多くなった。

3番目のタスクでは、マウスは行動的に挑戦され、オプトジェニックに異なる操作をされた。この時、マウスは3秒後の餌のご褒美の場所の信号を待つ間、無関係な光に常に気をそらされる可能性に直面した。1つの例外を除いて、以前と同じ結果が再び得られました。気晴らしがなく、信号に気づくまでの時間が3秒と長い場合には、抑制されたLCマウスはタスクを正しく実行することができなかった。抑制されたLCマウスは、気晴らしの中でのみ欠損を示したのである。

注意の集中と衝動制御が解離しているのか、その核心に迫るために、研究チームはLCの活動とノルエピネフリンの放出を、以前のように主要なニューロン本体ではなく、その長い突起が前頭前野の特定の領域(PFC)に接続しているところでのみ制御することにした。Bariの先行研究や他の研究からのヒントを受けて、彼らは背内側PFC(dmPFC)とベントロ側眼窩前頭前野皮質(vlOFC)を標的にした。これらの実験では、dmPFCへのLC接続を刺激することで、正しいパフォーマンスは向上するが、早すぎる反応は減少しないことがわかった。一方、vlOFCのLC接続を刺激しても、正しいパフォーマンスは向上しなかったが、早すぎる反応は減少した。

LC刺激が不安を減少させることを明らかにした試験は、予防策として実施された。多くの研究では、LCのノルエピネフリンニューロンの活動を増加させると不安が増大することが示唆されていた、という。そうすると、マウスが食べ物を求めてうろうろしたり、衝動的になりすぎたりする可能性があるため、研究チームは注意制御課題を始める前に不安の影響を調べた。

Bariは、LC刺激の不安に対する意外な効果を調べることは、今後の研究の興味をそそる分野であると述べている。さらに注目していきたい、と語っている。

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