« 政府医療政策の理不尽 | トップページ | 原発をどうする »

2021年9月11日 (土)

続・生物学茶話158:脳波

脳波について述べる際には、脳波そのものを取り扱った仕事ではありませんが、トリノの研究者アンジェロ・モッソの研究からはじめるのが王道のようです。彼は大工の家に生まれ、子供の頃から親の仕事を手伝ううちに工作の腕が上がり、後々医学を研究するようになってからもオリジナルな測定器を制作することができたようです(1)。

彼は脳の活動を血流の増大による容積の拡張を測定することによって計測しようとしました。頭蓋骨の一部が欠けている患者の穴をゴム製の樹脂で密閉し、そこに接続したチューブの空気圧を測定する器具を製作してカイモグラフで記録しました(1、図148-1)。この結果、何か特別なことを脳にやらせたり刺激を与えると脳の血流が増大し、脳容量が増加することをつきとめました。図148-1の実験では教会の鐘の音を聞くと脳容量が増加することがわかります。同時に測定した腕の容量は増加しませんでした(2)。

1581

図158-1 アンジェロ・モッソによる脳活動の計測

図158-1のような実験は脳に穴が開いている人をみつけないとできませんが、モッソは健常者の脳の活動を測定する装置も開発しました。これがモッソのバランスという図158-2のような装置です。健常人をヤジロベエのような構造のベッドに横たえ、水平を保って1時間ほど静かに寝かせておきます。その後被験者に計算をさせたり、刺激を与えたりすると頭が重くなってベッドが頭の方に傾きます。それをカイモグラフで記録するのです(3)。

「バランス」が発表されたのは1882年ですが、2014年になって、果たしてそんな簡単な装置で本当に微妙な血流の変化を計測できるのだろうかという疑問を抱いたグループが追試したところ、思いのほか正確に測定できたという結果が論文になっています(4)。普通他人の研究を追試しても論文にはなりませんが、それだけモッソが偉大だったということでしょう。

1582a

図158-2 モッソの脳血流測定装置「バランス」

リチャード・ケイトンはもともと銀行員だったのですが、健康を害して退職し、病院で治療を受けている間に医学に対する興味がわいてきたそうです。それでエジンバラの医科大学に入学し、1870年にはMDになりました。彼は1875年にはウサギやサルの脳や頭蓋骨に流れる電流をガルバノメ-タ-で測定し、睡眠や死による変化、目に光を当てたときの変化などについて報告しているようですが、原著はどうも読めないようで、ウィキペディアなどにもハンス・ベルガーが原著を読んだときの感想文のようなものが掲載されているだけです(5、図158-3)。

ケイトンがどちらかと言えば趣味的に脳波の測定をやっていたのにくらべて(彼が本格的に取り組んでいたのは古代の医学に関する研究でした)、ポーランドのベックとチブルスキーは本格的に脳の電気生理学に取り組みました。1890年には、彼らはイヌとサルを使ってさまざまな刺激や麻酔によって頭蓋骨表面の脳波がどうのように変化するかを系統的に研究し、マッピングまで行いました。また脊髄の前根と後根が求心性と遠心性で分業していることや、舌がいろいろな味を区別できるのはそれぞれの受容体があるからだなど、数々の大発見をなしとげました(6、7、図158-3)。

ウクライナのネミンスキーは、現存する最古の脳波測定の記録を残したことで有名です。それだけではなく、彼はα波とβ波を識別し、それらを大脳に直接電極を刺さなくても硬膜上や頭蓋骨上からも測定できることを報告しました(8-10、図158-3)。彼の若い頃には第1次世界大戦、ロシア革命、ウクライナ-ロシア戦争などが相次ぎ、投獄されたりもして大変な人生だったことが想像されますが、最終的にはモスクワの Laboratory of Cerebrography of USSR Academy of Sciences のヘッドとして迎えられました。

1583a

図158-3 実験動物の脳波を記録した初期の脳波研究者達

ここで少し脱線します。宮内哲氏の著書「脳波の発見 ハンス・ベルガーの夢」を読むと、最初にフリードリッヒ・リュッケルトの話があってびっくりしました。なんと彼は脳波研究の基盤を築いたあのハンス・ベルガーの祖父だというのです。図158-4にグスタフ・マーラーが作曲した「リュッケルトの詩による5つの歌曲」から「私はこの世に忘れられ」という曲の歌詞を記します。ベルガーもリュッケルトの詩に深く傾倒していたようです(10)。美しい曲です。

https://www.youtube.com/watch?v=TzJyIWxjX9o

ハンス・ベルガーは純粋な脳生理学者ではなく、人間の精神世界とパルスを結びつけようとしたようなところがあります。論文も主として生理学の雑誌ではなく精神医学の雑誌などに発表していたようです。これは彼が祖父リュッケルトの影響を受けていたからかもしれません。

1584a

図158-4 リュッケルト作詞 マーラー作曲 「私はこの世に忘れられ」

ハンス・ベルガー(図158-5)の業績については、山口成良氏が日本語の総説を出版しておられて一読瞭然です(11)。ここまで述べてきたようにベルガー以前にも実験動物の脳波の測定を行った研究者は多いのですが、ベルガーは人間の精神世界と脳波の関係に関心があって、その関連の解明をめざしていたというところが彼の研究の特徴です。ベルガーの第1報は長大な古い論文ですが、現在フリーで全文を読むことができます(12)。これはヒトの脳波についての最初の論文とされています。この中でベルガーは平均90msec の持続時間がある大きな波(第1級)と平均35msec の小さな波(第2級)を区別し、この硬膜上および頭皮上で測定した電流の曲線を Elektrenkephalogram (Electrocephalogram、脳波) と呼ぶことを提唱しました。ベルガーは1924年にすでにヒトの脳波の測定に成功していたのですが、5年間の自分自身や家族、実験動物、患者などのデータを積み重ねて、さらに慎重な考察を行ってようやく1929年の論文発表にこぎつけました(10)。

図158-5では外科手術を受けたヒトの脳波に加えて、自分の息子クラウスの脳波を測定した結果を示しています(12)。ベルガーは第2報以降では第1級の波をα波、第2級の波をβ波と名付けました。クラウスの脳波は非常に綺麗にα波とβ波が識別できます。これらは当時すでに知られていたアクションポテンシャルとは明らかに異なります。アクションポテンシャルの持続時間は2msec 程度で、それにくらべると脳波はずいぶんのんびりした波です。

1585a

図158-5 ハンス・ベルガーと彼が最初に発表したヒト脳波の記録

ベルガーは1930年に発表した論文で重要な発見について記載しています(11、13)。モッソが被験者に刺激を与えて、脳の血流がどう変化したか調べたように、ベルガーも被験者に刺激を与えると脳波がどう変わるか調べました。彼がガラス棒を使って被験者の手に触れたところ、α波が減衰してβ波がきれいに記録されたのです(αブロッキング、図158-6)。さらに触覚刺激だけではなく、視覚刺激、計算などによってもα波の減衰がみられることもわかりました(11)。このことは多くの人々にとって受け入れがたいことでした。なぜなら脳の活動によって血流が増大し、脳の温度が上がれば、当然α波の振幅も増大しなければならないのに減少するとは理解できないことです。これは脳のアイドリングだとか様々な意見が出ましたが、本当のところはよくわかりません。脳科学辞典にはそもそも脳波とかαブロッキングとかの項目がありません。ベルガーがノーベル賞をもらえなかったのも、この疑問がネックになったのかもしれません。

1586a

図158-6 αブロッキング

ただαブロッキングがでたらめではなく、確かな事実であるということはノーベル賞受賞者でもあり、脳生理学の権威であったエドガ-・エイドリアンが追試したことで多くの人が信用するところとなりました。エイドリアンとマシューズは昆虫とエイドリアン自身の脳で、暗いところに居て急に明るくすると明らかにα波が減衰することを証明しました(14、図158-7)。図中のEDAはエイドリアン自身の脳波であることを示しています。昆虫(欧州ゲンゴロウモドキ)でも同じようなαブロッキングがおこるということは衝撃的でした。エイドリアンは学会で公開実験を行い、13の3乗を計算し始めるとαブロッキングが発生し、「ああできない」とあきらめると再びα波があらわれるという結果を出席者が目の当たりにしたことで、会員はみんなベルガーの実験結果を信用するようになったそうです。

α波は脳が作業を始めたときに消えるだけでなく、睡眠や麻酔下でも消失します。このことはα波が脳の休養のシグナルではないことを示しています。ウィキペディアには alpha wave という項目があり、そこでは視床のペースメーカが発生する信号だと記してあります(15)。海馬はα波とは別のθ波を出しているというデータもあります(16)。おそらく意識下の脳の活動の結果発生する信号だとしておきましょう。臨床では脳の活動状態を調べるために、脳波を測定する fMRIなどという方法が使われています(17)。

1587a

図158-7 エイドリアンとマシューズの実験

ベルガーはナチ親衛隊の賛助会員だったので(特に戦争犯罪的なことをやっていたわけではない)、戦後研究を再開することができず失意のうちに首つり自殺をしています。合掌・・・。

参照

1)Life in the fastlane: Lewis Hong "Angelo Mosso"
https://litfl.com/angelo-mosso/

2)Angelo Mosso: Sulla circolazione del sangue nel cervello dell’uomo (1880)
https://archive.org/details/b2239347x/page/27/mode/1up

3)Chris Benderev, The Machine That Tried To Scan The Brain — In 1882.,
https://www.npr.org/2014/08/17/340906546/the-machine-that-tried-to-scan-the-brain-in-1882

4)Weighing brain activity with the balance: Angelo Mosso’s original manuscripts come to light., Brain vol.137 issue 2, pp.621-633 (2014)
https://academic.oup.com/brain/article/137/2/621/280970

5)Richard Caton
https://en.wikipedia.org/wiki/Richard_Caton
https://www.wikizero.com/en/Richard_Caton

6)Wikipedia: Napoleron Cybulski
https://en.wikipedia.org/wiki/Napoleon_Cybulski

7)Wikipedia: Adolf_Beck
https://en.wikipedia.org/wiki/Adolf_Beck_(physiologist)

8)Wikipedia: Vladimir Pravdich-Neminsky
https://en.wikipedia.org/wiki/Vladimir_Pravdich-Neminsky

9)https://med-history.livejournal.com/65068.html (肖像と脳波)

10)宮内哲 「脳波の発見 ハンス・ベルガーの夢」 岩波書店 (2020)

11)山口成良 Hans Berger のヒトの脳波の発見とその後の脳波学の発展 ― Hans Berger の年代記も含めて 第103回日本精神神経学会総会 ランチタイム・プリナリーセッション
精神経誌. vol.110 (2): pp.134-143, (2008)
https://journal.jspn.or.jp/jspn/openpdf/1100020134.pdf

12)Berger, H.:Über das Elektrenkephalogramm des Menschen. Arch Psychiat Nervenkr, vol.87; pp.527-570, (1929)
https://www.audiomentaltraining.com/app/wp-content/uploads/Berger-1929-FirstEEG.pdf

13)Berger, H.:Über das Elektrenkephalogramm des Menschen;Zweite Mitteilung.J Psychol Neur, vol.40; pp.160-179, (1930)

14)Alastair Compston The Berger rhythm: potential changes from the occipital lobes in man, by E.D. Adrian and B.H.C. Matthews (From the Physiological Laboratory, Cambridge). Brain vol.57; pp.355–385. (1934)
https://academic.oup.com/brain/article/133/1/3/314887

15)Wikipedia: Alpha wave
https://en.wikipedia.org/wiki/Alpha_wave

16)Wikipedia; Theta wave
https://en.wikipedia.org/wiki/Theta_wave

17)東北福祉大学公開資料 fMRI
https://www.tfu.ac.jp/research/gp2014_01/explanation.html

 

| |

« 政府医療政策の理不尽 | トップページ | 原発をどうする »

生物学・科学(biology/science)」カテゴリの記事

コメント

コメントを書く



(ウェブ上には掲載しません)


コメントは記事投稿者が公開するまで表示されません。



« 政府医療政策の理不尽 | トップページ | 原発をどうする »