アメリカのデューク大学 (Duke)で行われた研究により、マウスの脳の特定の場所に新しい「人工的な配線」を増設したたところ、ある実験では見知らぬ仲間に積極的に近づき、初めての場所を好奇心いっぱいに動き回るようになることが示されました。
また別の配線を強化すると、逆さに吊るされるストレス実験にさらされても変化が起こりにくくなることが示されました。
脳内に人工的な電気的バイパスを作り、行動パターンを変えてしまうというとSFの技術が達成された結果です。
もし人間にも応用できれば、さまざまな精神疾患の治療にも役立つかもしれません。
研究内容の詳細は2026年5月13日付の科学誌『Nature』にて「工学的に作られた電気シナプスを用いた脳回路の長期編集(Long-term editing of brain circuits using an engineered electrical synapse)」とのタイトルで発表されました。
目次
- 脳の中の「2種類の橋」 — 化学シナプスと電気シナプス
- 魚のタンパク質でマウス脳の配線を操作する
- 脳編集でマウスがまるで『陽キャ』のようになりストレス反応も変わった
- 脳編集はゲノム編集と同じくらい重いテーマになる
脳の中の「2種類の橋」 — 化学シナプスと電気シナプス
人間の脳には、約860億個と見積もられることが多い神経細胞(ニューロン)が、ぎっしりと詰まっています。
これらの細胞は、お互いに信号をやり取りすることで、私たちが「見る」「考える」「感じる」といった働きを生み出しています。
このとき、信号の受け渡し場所にあたる場所のことを「シナプス」と呼びます。
実はこのシナプス、2種類あることが分かっています。
ひとつめは化学シナプスで、いわば郵便配達のような仕組みです。
送り手側の細胞が「神経伝達物質」と呼ばれる小さな分子を作って、隣の細胞に向けて放り投げ、受け手側の細胞がそれを受け取ります。
哺乳類の脳ではこの方式が主役であり、中学校の教科書に書かれているシナプスもこのタイプのものです。
ふたつめが、今回のお話の主役となる電気シナプスです。
こちらは郵便配達ではありません。
隣同士の細胞が接触している場所に短いトンネルが通っていて、その中をイオン(電気を帯びた小さな粒)がそのまま流れていくというものです。
細胞同士がチクワのような筒を出し合ってキスをして、お互いの内部のイオンを直接やり取りしているような、極めて直結度の高い信号伝達です。
哺乳類の脳のシナプスは、圧倒的多数が化学シナプスで占められています。
ただ電気シナプスは数の上では少数派なものの、大脳皮質、海馬、視床、網膜など脳の多くの領域に分布しており、特に複数の細胞が一斉に同じリズムで動く必要がある場面で、欠かせない役割を果たしています。
しかし、このような「直結型」の通路を人工的に作るのは、長年とても困難でした。
細い導線を細胞に貫通させて刺せば良さそうですが、実はそれでは上手くいきません。
導線の中を通るのは電子ですが、電気シナプスのトンネルの中を通るのはナトリウムやカリウムなどのイオンで、それらの通過が電気的な信号となります。
「電子でもイオンでも電荷が流れるならなんでもいい」というほど、私たちの神経はガバガバではないのです。
そしてこの仕組みを機能させるには、細胞を結ぶチクワ状のトンネルを作らなければなりません。
トンネルを開通させるには、こちら側のチクワだけでなく、向こう側の細胞にも同じチクワ構造があり、両者が密着する必要があります。
片側だけを無理矢理差し込めれば話は早いのですが、それを許せば、本来繋がるべきでない細胞にもどんどんトンネルが開通してしまう。
だからこそ、両側にチクワが揃って初めて成立する、という慎重な設計になっているのです。
生物の体内では、このチクワはコネキシンというタンパク質を組み合わせて作られています。
問題はここからです。
多くのコネキシンは、同じ種類同士でもくっ付く性質があります。
隣接する細胞をスムーズに繋ぐにはこれで十分なのですが、研究者がやりたいのは「ここの細胞と、ここの細胞だけを繋ぎたい」というピンポイント接続です。
過去には、線虫のような単純な生物でこのピンポイント接続に成功した事例があります。
線虫の脳にはコネキシンを作る遺伝子そのものが備わっていないため、外から持ち込んだコネキシンが他のコネキシンと混線する心配がなかったのです。
ところがマウスの脳ではそうはいきません。
神経細胞は約7100万個もあり、線虫の23万倍。
しかも哺乳類の脳には、もともと21種類ものコネキシンが存在し、あちこちで電気シナプスを作っています。
ここに外から新しいコネキシンを足すと、「自分同士で勝手にくっつく」だけでなく「もとからある哺乳類自身のコネキシンとも勝手にくっつく」という、二重の干渉が起きてしまうのです。
研究を率いたカフイ・ジラサ博士は、こう振り返っています。
「神経科学は数十年にわたり、特定の細胞間のコミュニケーションを正確に制御できるツールを欠いていました」
同じ種類の細胞がそこら中に並んでいる脳の中で、ピンポイントで狙った2つだけを繋ぐ。
これが、長年解けないままになっていた難問でした。
魚のタンパク質でマウス脳の配線を操作する
どうすれば狙った細胞同士の間に電気シナプスを作れるのか?
彼らはこう考えました。
「同じ部品同士が勝手にくっつくのが問題なら、決まった相方とだけカチッと噛み合う特殊な部品ペアを、自分たちで設計してしまえばいい」
工学的にたとえるなら、専用のオスとメスのコネクターのような関係です。
オス同士もメス同士もくっつかない、でもオスとメスを近づけるとカチッと嵌まる。
しかも哺乳類の脳に元々あるコネキシンとも互換性がないので、勝手に繋がる心配もない。
そんな部品ペアさえ作れれば、片方を細胞Aに、もう片方を細胞Bに送り込んでおくだけで、AとBが接触している場所だけにトンネルができる。
狙い撃ちが実現するわけです。
そして研究チームが目をつけた意外な相手が、北米の川や湖に住むホワイトパーチ(学名Morone americana、北米にすむスズキ目モロネ科の魚)でした。
ホワイトパーチが体内に持つ二種類のコネキシン(電気の通路を作るタンパク質)は、もともと天然の状態で異種同士でドッキングする性質を持っており、まさに研究者が探していたひな型だったのです。
ただし、魚から取り出したそのままでは、マウスの脳に元々あるコネキシンと勝手にくっついてしまいます。
そこで研究チームは、この二種類の部品の設計を細かく書き換え、「相方とだけくっつき、自分同士でも哺乳類自身の部品ともくっつかない」ペアを作り出しました。
仕組みの正体は意外なほどシンプルで、プラスとマイナスの電気的な引き合いでした。
改造を加えた一方の部品は結合面を「プラス側」に、もう一方は「マイナス側」に振ってあります。
プラス同士もマイナス同士も反発するので、自分同士ではくっつきません。
けれども両者を近づければ、プラスとマイナスが強く引き合ってしっかり噛み合うのです。
研究チームは、このシステム全体を LinCx(リンクス) と名付けました。
ここから先はいよいよ、この人工の部品ペアを実際に脳に入れたら何が起きたのか、本題に入ります。
