Name: ダイオウイカの軸索はいかにして神経科学を変えたか (How The Giant Squid Axon Changed Neuroscience)
Uploaded: 2024-08-01T07:45:19.000Z
Duration: 8 min 52 s

Scientists have been studying the brain and nervous system for hundreds of years.

科学者たちは何百年もの間、脳と神経系を研究してきた。

Nowadays, scientists have all kinds of tricks and tools to study how the brain works.

今日、科学者たちは脳の働きを研究するためのあらゆるトリックやツールを手に入れた。

We've got optogenetics and green glowing mice, and we've even mapped out every single synapse in the C. elegans nervous system.

私たちはオプトジェネティクスや緑色に光るマウスを手に入れ、線虫の神経系のシナプスひとつひとつまでマッピングした。

But all of those inventions are pretty new.

しかし、これらの発明はどれもかなり新しいものだ。

So what did the neuroscientists of yesteryear use instead?

では、昔の神経科学者は代わりに何を使ったのだろうか？

墨汁のような頭足類の仲間たち。

Yep, as wild as it sounds, scientists have actually learned a lot from... squid.

科学者たちは、イカから多くのことを学んできた。

And, more specifically, the giant squid axon.

より具体的には、ダイオウイカの軸索である。

Now, just to clarify, I mean the giant squid axon, not the giant squid axon.

誤解のないように言っておくが、私が言っているのはダイオウイカの軸索のことであって、ダイオウイカの軸索のことではない。

ここではクラーケンの話をしているのではない。

See, back in the mid-1900s, we didn't have all of those fancy tools to let us study brain activity.

ほら、1900年代半ばには、脳の活動を研究するような高級な道具はなかった。

So scientists had to get creative when it came to figuring out how brains actually, you know, work.

だから科学者たちは、脳が実際にどのように働くのかを解明するために、創造力を働かせなければならなかった。

At that time, options were pretty limited, because of course you couldn't just go digging around inside people's heads.

当時、選択肢はかなり限られていた。もちろん、人の頭の中を探って回ることはできなかったからね。

Although doctors did perform a lot of lobotomies around that time.

当時はロボトミー手術が盛んに行われていた。

でも、それはあまり正確ではなかった。

あるいは、エビデンスに基づくとかね。

We were still relying on things like lesion studies to help us understand what different parts of the brain did.

私たちはまだ、脳のさまざまな部位がどのような働きをするのかを理解するために、病変研究のようなものに頼っていた。

And we didn't fully understand how, exactly, neurons send signals.

そして、ニューロンがどのように信号を送るのか、正確には完全には理解していなかった。

These days, we know that neurons send electrical signals called action potentials using ionic currents and pumps to change the electrical potential along the cell surface in the axons of neurons.

最近では、ニューロンがイオン電流とポンプを使って活動電位と呼ばれる電気信号を送り、ニューロンの軸索の細胞表面に沿って電位を変化させることがわかっている。

What that means is that the inside of the neuron is more negative than the outside.

つまり、ニューロンの内側は外側よりも負に傾いているということだ。

There are more negative ions bumping around inside, which keeps the voltage at about negative 70 millivolts.

内部ではより多くのマイナスイオンが飛び交っており、電圧は約マイナス70ミリボルトに保たれている。

But when a neuron receives an incoming signal, that ionic balance gets disrupted, and the voltage starts to creep upward.

しかし、ニューロンが信号を受信すると、そのイオンバランスが崩れ、電圧が上昇し始める。

Once it reaches the tipping point of about negative 55 millivolts, it sets off a cascade, throwing open the gated ion channels and causing the electrical potential to spike, thus creating the action potential.

マイナス55ミリボルトの転換点に達すると、カスケードが起こり、ゲート型イオンチャネルが開き、電位がスパイクし、活動電位が生じる。

This spike then travels along the axon, where it can push the axonal terminal to release chemicals called neurotransmitters, to pass the message on to the next neuron in the chain.

このスパイクは軸索に沿って移動し、軸索末端を押して神経伝達物質と呼ばれる化学物質を放出させ、連鎖の次のニューロンにメッセージを伝えることができる。

But when neuroscientists Alan Hodgkin and Andrew Huxley were first studying action potentials in the mid-1900s, they didn't have the tools necessary to measure these potentials in humans.

しかし、神経科学者のアラン・ホジキンとアンドリュー・ハクスリーが最初に活動電位を研究した1900年代半ばには、ヒトの活動電位を測定するのに必要な道具を持っていなかった。

Instead, they chose to experiment with the longfin inshore, a small squid.

その代わりに、彼らは小型のイカであるリュウグウノツカイの実験を選んだ。

Now, why in the world did they choose a squid instead of something less slimy and squishy?

さて、一体なぜ彼らは、もっとぬるぬる、ぐにゃぐにゃしていないものでなく、イカを選んだのだろうか？

Although these creatures are only one to two feet long, so like that big, the giant axon measures up to 1.5 millimeters in diameter, which is about the diameter of this pipe cleaner, making it more than a thousand times wider than a typical human axon.

これらの生物は体長1〜2フィート（約1〜2メートル）しかないため、それほど大きくはないが、巨大な軸索の直径は最大1.5ミリメートルで、このパイプクリーナーの直径に匹敵し、一般的な人間の軸索の1000倍以上の幅がある。

Why would a dinky little squid need such a huge axon?

小さな小さなイカが、なぜそんな巨大な軸索を必要とするのか？

Well, the axon connects to the water jet propulsion system, and in the wild, this allows the squid to rapidly escape from predators.

軸索はウォータージェット推進システムに接続されており、野生ではこれによりイカは捕食者から素早く逃げることができる。

Wide axons transmit electrical signals much faster than thin ones, as the added thickness allows a larger number of electrons to flow through at any given time.

太い軸索は細い軸索よりも電気信号の伝達が速い。太さが増すと、一度に流れる電子の数が増えるからだ。

Humans can get around this limitation because we have myelination around most of our axons, which basically acts as insulation for the neurons and helps us transmit signals faster.

人間は軸索のほとんどに髄鞘があるため、この制限を回避することができる。髄鞘は基本的にニューロンの絶縁体として機能し、信号をより速く伝達するのに役立つ。

Instead of myelin, squids just evolved an enormous axon.

ミエリンの代わりに、イカは巨大な軸索を進化させたのだ。

After all, the faster they could escape, the more likely they were to survive and be able to pass on that trait to their offspring.

結局のところ、逃げ足が速ければ速いほど、生き残る可能性が高くなり、その特徴を子孫に伝えることができるのだ。

This wide axon of the longfin inshore squid made them the perfect model organism for studying action potentials, because you could easily insert a wire into the axon in order to measure the electrical potential.

電位を測定するために簡単に軸索にワイヤーを挿入することができるからだ。

Back in 1930, a dude named John Zachary Young was studying the nervous systems of sea creatures, pretty much any species he could get his hands on.

1930年当時、ジョン・ザッカリー・ヤングという男が海の生物の神経系を研究していた。

And during his research, he realized that these long, stringy structures that had previously been mistaken for blood vessels were actually neurons.

そして研究の過程で、それまで血管と間違われていた細長い筋状の構造が、実は神経細胞であることに気づいた。

彼はダイオウイカの軸索を発見したのだ。

A bit later, Hodgkin and Huxley came along and jabbed an electrode in it.

その後、ホジキンとハクスリーがやってきて、電極を刺した。

This allowed them to record the first ever action potential, the spike of a neuron sending a signal.

これによって、彼らは初めて活動電位（信号を送るニューロンのスパイク）を記録することができた。

To do this, they used technology called a voltage clamp.

そのために、彼らは電圧クランプと呼ばれる技術を使用した。

When an action potential shoots through the axon, sodium and potassium ions flow in and out of the cell pretty rapidly, depending on how the ion channels open and close.

活動電位が軸索を通るとき、ナトリウムイオンとカリウムイオンは、イオンチャネルの開閉の仕方によって、かなり急速に細胞内外に流れ込む。

With the voltage clamp, Hodgkin and Huxley could measure how much current they needed to inject in order to keep the voltage constant while that process was happening.

電圧クランプを使えば、ホジキンとハクスリーは、そのプロセスが起こっている間、電圧を一定に保つためにどれだけの電流を注入する必要があるかを測定することができた。

By doing so, they could track how much charge was flowing into and out of the cell at any given time.

そうすることで、ある時点でどれだけの電荷がセルに出入りしているかを追跡することができる。

With this experimental strategy, they were able to see that the neuron first experiences depolarization, that spike I talked about earlier, and then hyperpolarization, where it actually overshoots the normal resting potential of negative 70 millivolts, dipping even lower down and creating a barrier that makes it just a little bit harder for the neuron to send another action potential and helping keep signals distinct.

この実験戦略によって、神経細胞はまず脱分極を起こし、先ほど話したスパイクを起こす。次に過分極を起こし、通常の静止電位であるマイナス70ミリボルトをオーバーシュートする。

But even though they could now see the shape of the action potential, they didn't actually know how the action potential was being formed.

しかし、活動電位の形は見えても、実際に活動電位がどのように形成されるのかはわからなかった。

That is, which ions were going where to create that quintessential spike.

つまり、どのイオンがどこに向かって、あの真髄ともいえるスパイクを生み出すのか、ということだ。

And obviously you can't just see ions, so testing it proved to be kind of a challenge.

明らかにイオンを見ることはできないので、それをテストするのは一種の挑戦だった。

But Hodgkin and Huxley had another tool in their back pocket.

しかし、ホジキンとハクスリーはポケットに別の道具を持っていた。

They added chemicals called tetrodotoxin and tetraethylammonium to the solution they were keeping the squid axons in.

彼らはテトロドトキシンとテトラエチルアンモニウムという化学物質をイカの軸索を入れていた溶液に加えた。

These compounds block sodium and potassium channels, respectively.

これらの化合物はそれぞれナトリウムチャネルとカリウムチャネルを遮断する。

Fun fact, tetrodotoxin is the toxic compound produced by pufferfish and other poisonous sea creatures that makes them so deadly.

面白いことに、テトロドトキシンはフグや他の毒を持つ海の生き物が作り出す毒性化合物で、フグを死に至らしめる。

It blocks the sodium channels that allow your nerve cells to send their signals.

神経細胞が信号を送るためのナトリウムチャネルをブロックする。

If in fact you've consumed the venom of the blowfish, and from what the chef has told me it's quite probable, you have 24 hours to live. 24 hours?!

もしあなたがフグの毒を飲んでしまったとしたら、シェフに聞いたところでは、その可能性はかなり高いそうだが、余命は24時間だそうだ。24時間？

長く待たせてしまって申し訳ない。

By looking at the current when these channels were blocked, or when they removed sodium and potassium from the medium, Hodgkin and Huxley were able to figure out that sodium channels open first and cause the depolarization phase of the action potential, and that afterwards potassium channels open and the outward flow of potassium ions causes the hyperpolarization.

ホジキンとハクスリーは、これらのチャネルをブロックしたとき、あるいは培地からナトリウムとカリウムを除去したときの電流を調べることによって、ナトリウムチャネルが最初に開いて活動電位の脱分極局面を引き起こし、その後にカリウムチャネルが開いてカリウムイオンの外向きの流れが過分極を引き起こすことを突き止めた。

This discovery was a huge advance in helping us understand how neurons send action potentials, and how those action potentials could be controlled and manipulated for future experiments.

この発見は、神経細胞がどのようにして活動電位を送るのか、そしてその活動電位をどのように制御し、操作すれば将来の実験に役立つのかを理解する上で、大きな進歩であった。

In fact, it won them the Nobel Prize in Physiology or Medicine in 1963.

実際、1963年にはノーベル生理学・医学賞を受賞している。

Though their choice of model organism may seem a bit strange, Hodgkin and Huxley made no mistake.

モデル生物の選択は少し奇妙に思えるかもしれないが、ホジキンとハクスリーは間違っていなかった。

They found the perfect organism for the experiments they wanted to run, with just the right morphology to help us understand how our own nervous system functions.

彼らは、私たち自身の神経系がどのように機能するかを理解するのに役立つ、ちょうどよい形態を持つ、彼らが行いたかった実験に最適な生物を発見した。

Today, squids still play an important role in research, but they aren't the only sea scientists studying memory, and the African killifish has become an integral part of modern aging research.

今日でもイカは研究において重要な役割を果たしているが、記憶を研究している海の科学者はイカだけでなく、アフリカメダカも現代の老化研究に欠かせない存在となっている。

So it's pretty clear that researchers can go beyond mice, worms, and flies when it comes to choosing animal models for studying the brain.

つまり、研究者が脳を研究するための動物モデルを選ぶ際には、マウス、ミミズ、ハエを超えることができるのは明らかなのだ。

I want to give a huge thank you to the International Youth Neuroscience Association for their help researching and writing the script for this video.

このビデオのリサーチと脚本作成に協力してくれた国際青少年神経科学協会に心から感謝したい。

Founded at the 2016 International Brainbee, the IYNA is an next generation of neuroscientists.

2016年の国際ブレインビーで設立されたIYNAは、次世代の神経科学者である。

They're a really cool organization, and I highly recommend checking them out if you're in high school or early on in college and love all this kind of stuff.

本当にクールな団体なので、高校生や大学生でこういったことが好きな人はぜひチェックすることをお勧めする。

To learn more about IYNA and how you can get involved, check out the link down below.

IYNAの詳細と参加方法については、以下のリンクをご覧ください。

Thanks for watching this episode of Neuro Transmissions.

ニューロ・トランスミッションのエピソードをご覧いただきありがとうございます。

Until our next transmission, I'm Alie Astrocyte.

次回の送信まで、私はアリー・アストロサイト。