Brain & Minds

脳の構成要素

さて、それでは、脳の中はどのような仕組みになっているのでしょうか？人体を含め生物の体はいろいろな性質を持った「細胞」という小さな単位が集まってできているのですが、これは脳でも例外ではありません。脳の実質は軟膜という薄い膜にくるまれて存在していますが、それは神経細胞（ニューロン）とその間を埋めるグリア細胞、そして縦横に走る毛細血管（血管内被細胞でできている）からできているのです。このうち脳内の電気的な情報伝達を行う細胞がニューロンであり、いわば脳というコンピュータの素子として働いているのです。

ニューロン（神経細胞）
これが脳を機能を直接になっている細胞で、情報を受け取りこれを伝えることで、脳の情報処理機能を実現しています。木の枝のように突起（樹状突起）の沢山ある細胞体とそこからのびた長い線維（軸索）をもつ特殊な形状の細胞で、長く伸びた軸索の末端は、別の細胞の樹状突起へと結合していて、これをシナプスと呼びます。脳内では神経細胞のネットワークが形成されており、全体として複雑な情報処理を可能としています。個々のニューロンの働きは次の通りです。前にあるニューロンから神経伝達物質を受け取り（伝達）、これが細胞膜の電気的な興奮となります。一定数以上の興奮を受け取ると、これが「活動電位」とよぶ強い電気的興奮となって、細胞の後ろにのびた軸索を伝導していき、神経終末（シナプス）で神経伝達物質を放出することによって、次のニューロンに興奮を伝えているのです。
中枢神経系において一つの細胞の樹状突起には、実際には恐ろしい数のシナプスが存在します。そのうち幾つ以上が一定の頻度以上で刺激されると「活動電位」が起こるかが決まっているわけなのですが、入力には抑制性のものも存在し、一種の論理回路として働きうる事がわかってきています。活動に応じて、この入力の強さを調節する機能も備わっており、脳全体は可塑的（変化が可能な）情報処理ネットワークとして機能する事が可能になっていると考えられているのです。

グリア細胞
この細胞は発生の段階ではニューロンと同じ幹細胞に由来しており、後にニューロンとグリア細胞に分化していくことが知られています。なお、いわゆるグリア細胞は、オリゴデンドロサイト、アストロサイトの２種類（伝統的にはこれに加えてマイクログリアという細胞も存在することになっていたが、これは後に血液中に存在する単球に由来する外来の細胞であることが判明した）あって、前者はニューロンの軸索（後述、興奮を伝える長いケーブルのようなもの）の周りについて情報の伝導速度を向上させています。また、オリゴデンドロサイトは成長因子を放出することによってニューロンの軸索を誘導する働きもあることが知られており、障害時の修復に重要な役割を担っているらしいことも解っています。そして後者の役割はまだよく解っていませんが、周囲のイオン濃度を調節したり、神経伝達物質（後述、ニューロンの神経末端から放出され次のニューロンがこれを受け取ると興奮が伝わる）を組み上げたりするなどしてニューロンの周辺の環境を整える働きがあるのではないかと考えられているのです。
なお、グリアというのは膠（にかわ）のことであり、要するに神経細胞と神経細胞の間を生めている細胞、という意味です。他に上衣細胞、小膠細胞という細胞が存在していることが知られています。前者は脳室という脳内の空洞（脳脊髄液が詰っている）との境に存在しており、後者は脳内にあって変性組織を貪食する作用があり、後者については、おそらく血液系由来の細胞（マクロファージ）であると考えられています。

血管内皮細胞
周知のように血管は全身に網の目のように張り巡らせて血液を循環させることによって酸素や糖、アミノ酸などの栄養となる物質を供給しています。これは脳でも例外ではなく、網目のように毛細血管が脳内を巡り、ニューロンに酸素や糖を供給し、二酸化炭素や各種老廃物をくみ出しています。ただ、他の組織と異なるのは「血液脳関門」と呼ばれる機構があって、ニューロンに障害を与えるような物質（高分子）をシャットアウトしているということです。
かつてはグリア細胞であるアストロサイトがこの役割を担っているものと考えられていましたが。今日では血液内被細胞がこの障壁になっていると考えられています。他の組織と異なり脳内の毛細血管は内皮細胞同士が密着帯という構造を形成し、きっちりと結びついているために隙間がほとんどないのです。だから大きな分子はここを通ることができず、脳内の環境が維持されるのです。

神経細胞の構築の概要
脳は以上のような細胞によって構成されています。基本的な枠組みは同じなのですが、実際には、脳の部位によってその細胞構築は異なっています。大脳、小脳の表面は、皮質と呼ばれ多数の神経細胞がネットワークを作りながらシート状にならんでいるのが特徴です（大脳新皮質の６層構造が有名）。また神経細胞でも錐体細胞、顆粒状細胞といった具合にいくつか種類があります。ちなみに、大脳ではそれぞれの細胞の機能上のメカニズムは、はっきりとはわかっていないのですが、小脳の方は細胞構築と機能の関係がより詳しくわかっていて、いろいろと研究されているようです。一方、脳幹の方では表面近くには神経細胞は多くなく、神経細胞が集まった「核」（動眼神経核、顔面神経核といった具合に）を形成しているのが特徴です。
なお、脳、脊髄からなる中枢神経は、体の表面（末梢）から情報を受け取り、筋肉などに信号を送るという形で何らかの運動を出力するわけなのですが、その為に中枢神経系には情報を受け取る側の神経細胞、出力する側の神経細胞があるのも特徴で、脊髄でも大脳皮質でもそれぞれ領域が分かれているのが特徴です。