沈黙の「第六感」の謎

リヴァイアサンプレス:

暗闇の中で道に迷って自分の位置がわからなくなる正常な人とは異なり、「固有受容覚喪失」の患者は、目を閉じた状態で（暗闇の中で）体の特定の部分（鼻など）の位置を見つけることができません。同時に、彼（彼女）は自分の体に外界のわずかな接触も感じることができません。これは実に奇妙なことです。患者は自分の体と手足を制御することができますが、外部刺激回路は中断されます。

次のシナリオを想像してください。目を閉じて、ある距離を歩いてみます。一般的に言えば、ルートはそこから外れますが、基本的な方向と空間感覚はそのままです。しかし、固有受容覚が欠如している人はほとんど動くことができず、地面に倒れてしまう可能性もあります。

国立衛生研究所臨床医療センターの椅子に縛り付けられたフランス人女性はサナさん、31歳。彼女は小柄で、茶色の巻き毛をしています。彼女の目の前にはテーブルがあり、その周囲には彼女のあらゆる動きを追跡し記録する 12 台の赤外線カメラが設置されています。テストはもうすぐ始まります。

テーブルの上には銀色のプラスチックのボールが乗った円筒が置かれていました。サナさんの課題は、まず自分の鼻に触れ、次に目の前にあるプラスチックのボールに触れるというものでした。それは簡単だったので、彼女はそれをやってみました。まず鼻に触れ、次にプラスチックのボールに触れました。

さて、ここからが難しい部分です。

研究室の技術者はサナさんに目を閉じるように指示し、プラスチックボールの上に指を置き、サナさんの鼻の方に指を戻して最後に手を離し、サナさんに目を閉じたまま同じ動作を繰り返すように指示しました。

その結果、プラスチックボールの場所がサナの記憶から突然消えてしまったようだった。彼女は手探りで、腕を左右に激しく振り回した。彼女がなんとかプラスチックボールをキャッチしたとき、それはまるで偶然そこにたどり着いたかのようでした。彼女は自分の顔の中で鼻の位置さえも把握できず、何度か完全に間違えてしまいました。

「まるで迷子になったような気分でした」とサナさんは通訳を通して語った。目を閉じていると、彼女は自分の体が宇宙のどこにあるのか全く分からなかった。

このタスクを完了できるかどうかを自分で試してみることもできます。目の前にコップ一杯の水を置いて、目を開けたままその上部を数回触ってみます。その後、目を閉じてその位置がまだ見つかるかどうか確認してみましょう。このタスクを完了できる可能性はまだ十分にあります。

目を閉じても、世界に対する認識や身体の位置感覚は消えません。目に見えない痕跡がまだ残っています。この感覚は固有受容覚と呼ばれ、空間における手足や体の位置を認識する感覚です。他の感覚（視覚、聴覚など）と同様に、固有受容感覚は脳が世界を認識するのに役立ちます。科学者はこれを「第六感」と呼ぶことがあります。

固有受容感覚は、ある重要な点において他の感覚と異なります。それは、非常にまれな場合を除いて、固有受容感覚をオフにすることができないということです。たとえ耳を塞いでも、私たちは静寂が何であるかを知っています。目を閉じても、暗闇が何であるかは分かります。

サナさんは、固有受容感覚をオフにすることができる、この世で非常に数少ない人の一人です。もう1人は36歳の妹ソーソンさんで、彼女も2019年8月に国立衛生研究所で検査を受けた。彼女も暗闇の中で自分の鼻を見つけることができなかったことが判明した。

「もし家にいたとして、立っているときに電気が消えたら、座る椅子を見つけるのに苦労するでしょう」とソーソンさんは言う。その気持ちは想像するのも言葉で表現するのも難しいです。 「まるで誰かが目隠しをして、何度か方向転換させてから、特定の方向に歩くように指示したような感じ。最初の数秒間は、東と西の区別がつかない」し、方向感覚が全くなくなる。

個人のプライバシーを考慮し、私はこの二人の姉妹の姓を明らかにする立場にありません。二人にはもう一つの奇妙な共通点がある。それは、触れたものの多くを感じられないということだ。 「目を開けてボールに触れても、感触がわからなかった」とソーソンさんは語った。

私たちの感覚の中で、触覚と固有受容覚はおそらく最も理解されていない感覚です。しかし、過去 10 年間で、神経科学者はこれら 2 つの感覚がどのように機能するかを理解する上で大きな進歩を遂げました。これにより、切断患者に対するより優れた痛みの緩和と義肢装着ソリューションの提供にも役立ちます。これらの研究は、人間であることの意味や、身体が世界をどのように経験するかについて、より包括的な理解を得るのにも役立ちます。

サナ、ソーソン、そして同様の症状を持つ他の患者は、触覚と固有受容覚を研究する科学者にとって理想的な被験者です。彼らの筋肉や脳には何も問題がなかったが、小さいながらも重要なものが一つ欠けていた。それは、物理的な力が神経系に入り、意識のレベルまで上昇する入り口のような役割を果たす分子サイズの受容体だ。この受容体は「ピエゾ2」と呼ばれ、わずか10年前に私たちによって発見されました。

姉妹の分子が失われたことで、固有受容感覚系の「目」が失われ、皮膚が特定の触覚を認識できなくなった可能性が高い。

ピエゾ2を欠く患者は非常に稀で、これまでに国立衛生研究所臨床センターと世界中の同僚によって特定された症例はわずか18件です。最初の2つの症例は2016年にニューイングランド医学ジャーナルに掲載された。「この2つの症例は、初めて視覚障害と聴覚障害が確認されたのと同じくらい重要な意味を持つ」と、サナ氏、ソーソン氏らとともに研究を主導した国立衛生研究所臨床センターの神経科学者、アレクサンダー・チェスラー氏は述べた。 「当時、ピエゾ2分子について私たちが知っていたことに基づいて、これらの患者には触覚がないと考えていました。」

(www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa1602812)

この症状を持つ人は、特に視界が遮られているときに、自分の身体を制御することが困難になります。さらに、これらのまれな遺伝性疾患の症状は誤診されたり、何年も診断されないままになったりすることがよくあります。

これらの症例の研究を通じて、神経科学者は触覚と固有受容感覚システムの基本的な機能を探究し、脳の比類のない適応性を理解することができました。

小さな分子、大きな力

カーステン・ボンネマンは神経学の謎を調査する探偵です。子どもたちが診断が難しい神経症状を示すと、彼はその未解決事件を「解決」するために飛びかかります。 「私たちは説明のつかない何かを探しているのです」と国立神経疾患・脳卒中研究所の小児神経科学者は語った。

2015年、ボルネマン氏は奇妙な病気を患う18歳の女性を診察するためにカナダのカルガリーを訪れた。彼女は歩くことができます。7歳頃に歩くことを覚えましたが、それは足元を見ることによってのみ可能でした。彼女が立ったまま目を閉じると、地面に倒れてしまうでしょう。まるで彼女の視覚に秘密のスイッチを入れる力があり、スイッチを入れると、彼女は見ている体の部分をコントロールできるかのように。視界から消えると、彼女の体は制御不能になった。

「彼女を診察しているうちに、彼女には固有受容感覚がないことに気がつきました」とポネマン氏は語った。彼女は目を閉じていたので、医者の指が自分の周りを優しく動いているのを感じることができなかった。しかし、この知覚の喪失は指の関節だけに留まりませんでした。彼女は肘、肩、腰、あるいは体の他の関節の動きを感じることができませんでした。

固有受容感覚は私たちの意識の一部ではありませんが、それでも重要な機能を果たします。 「協調して動くためには、常に自分の体がどこにあるのかを感知していなければなりません」とハワード・ヒューズ医学研究所で固有受容覚を研究する神経科学者アダム・ハートマン氏は言う。 「手足を見ることはできますが、それ以外のものは見えません。」固有受容覚により、私たちの目は体の外にあるものに焦点を合わせることができます。

この症状の原因を突き止めるため、ボルネマン氏のチームは女性の全ゲノム配列を解析し、「ピエゾ2」と呼ばれる触覚受容体に関与する遺伝子が変異していることを発見した。 2015 年当時、piezo2 は科学界ではまだ目新しいものでした。

それ以前にも、科学者たちは、さまざまな種類の特殊な神経が外界の知覚に重要な役割を果たしていることを長い間知っていました。神経が外界からの情報を脳に伝える配線だとすると、これらの受容体は電気信号が生成されるスイッチ、つまり生物学的機構の最初のギアです。

ピエゾ2の画期的な発見はスクリプス研究所で行われた。そこでは研究者たちが何年もの間、小さなガラスのプローブで細胞を刺激していた。 (ピエゾ受容体は刺激を受けると小さな電流を放出します。ピエゾはギリシャ語で「圧力」を意味します。) 研究者らは、ピエゾ1とピエゾ2という2種類の受容体を発見しました。これら 2 つの受容体を含む細胞が伸びると、受容体が開き、外部のイオンが細胞内に侵入して電気インパルスが放出されます。

Piezo1 は、体内に内蔵された血圧監視システムや、圧力感知に依存するその他の内部システムと連動します。さらなる研究により、ピエゾ2は触覚と固有受容覚の両方にとって非常に重要な分子であることが判明しました。それは機械的な力が私たちの意識に伝わる扉です。

(www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27797339)

2015年時点では、科学者たちは人間はもちろんのこと、マウスにおけるピエゾ2の効果を研究し始めたばかりでした。ボニマン氏は独自の研究を行う必要があり、メリーランド州ベセスダにある国立衛生研究所臨床センターに戻った。ボルネマン氏は、遺伝子編集によってピエゾ2遺伝子が削除されたマウスを研究していたチェスラー氏に電子メールを送った。ボルネマン氏はチェスラー氏に、カナダの症例とサンディエゴの8歳の女の子の症例を説明した。どちらの症例もピエゾ2遺伝子の変異が確認されていた。

「そのメールを見て私は椅子から飛び上がってポーンマン氏のオフィスに駆け寄った」とチェスラー氏は語った。 「ネズミにその生活や経験について尋ねる機会さえありませんでした。質問する機会さえありませんでした。」

人間の触覚の謎が解明

ボルネマンの最初の患者と同様に、サナさんとソーソンさんはピエゾ2を無効にする遺伝子変異を持って生まれた。これにより、二人とも生涯にわたる固有受容覚、触覚、運動障害に悩まされることとなった。 ２人の女性は自力で少し歩くことしかできず、普通の人のように移動するには電動車椅子を使うしかない。しかし、二人とも特別な介護は受けておらず、一人暮らしをしています。サナさんは臨床心理学者であり、ソーソンさんは障害のある子供たちのためのキャンプのディレクターです。

彼らは単に固有感覚を伴う生活経験がなく、失った感覚を説明することさえ困難です。 「私はいつもこんな感じだったので、良い比較対象が見つかりません」とサナさんは言う。

医学史上記録されている固有受容感覚喪失の症例は数少ないが、最も有名なのはイアン・ウォーターマンの症例である。この英国人男性の触覚と固有感覚を司るニューロンは感染によって機能不全に陥っていた。その結果、首から下はまだ動くものの、感覚や固有受容感覚が失われました。それは「手足のない監獄」だった、と神経科学者ジョナサン・コールはウォートマンの医療記録に記した。

ウォートマンさんは神経損傷に気づいていたようだが、サナさんとソーソンさんは約1年前に検査を受けるまで、自分たちの体に何が起こっているのか全く知らなかった。ピエゾ2遺伝子変異の検査結果は陽性で、ボルネマン氏とチェスラー氏は人体におけるピエゾ2の機能を研究していたため、サナ氏とソーソン氏はこの2人の神経科学者の研究に加わった。これまでに、研究者らはピエゾ2受容体の機能不全の症例を12件発見している。

触覚はさまざまな形で表され、それぞれがわずかに異なる神経系と受容器に依存するため、非常に複雑な感覚です。

私たちが感じることができるものについて考えるだけでも、畏敬の念が湧いてきます。 「もし私たちの誰かがあなたの後ろに近づいて髪をくしゃくしゃにしたら、あなたはすぐにそれと分かるでしょう」とチェスラー氏は語った。 「これは最も驚くべき生物学的メカニズムの一つです。」

私たちが体を通して受け取る感覚情報は、目や耳、口を通して受け取るものよりも、さまざまな点で多様です。

たとえば、冷たさや熱さの感覚は、軽い触覚とは異なる神経に関係し、異なる受容体を使います。 (これらのうちいくつかは最近になって発見されました。) 痛み、かゆみ、圧迫感も、異なる神経と受容体が関与しています。さらに、環境に応じて変化する触覚もあります。考えてみてください。T シャツを長く着れば着るほど、それが体に触れる感覚に気づかなくなります。日焼けした後に同じTシャツを着ると、突然耐えられないほどの痛みを感じるかもしれません。

(www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4843893/)

piezo2 がないと、サナさんとソーソンさんの姉妹は、特に手や指の軽い触覚を感知することができません。ソーソンさんは私に、ハンドバッグに手を伸ばして「手に何か入っていると思って手を引っ込めたら、何もなかった」と話した。彼女は物体を感知できず、自分の手がどこにあるかもわからなかった。だから、もし彼女が財布を見つめていなかったら、それはおそらくブラックホールのように見えていただろう。

しかし、二人の姉妹は寒さや暑さ、そして圧力や痛みを感じることができます。驚くべきことに、鋭さも感じることができるのです。

ソーソンの趣味は射撃（「ストレス解消のため」）であり、彼は武器の引き金に鋭い角のある長方形の物体を取り付けていた。そうすれば、指が鋭い刃に触れたときに、それを感じて引き金を引くことができるのです。

そのチクチクする感覚は、ピエゾ2以外の受容体を通じて神経系に伝わるはずです。 「刺されたような痛みを感じたときに何がニューロンを活性化させるのか、分子レベルではわかっていません」とチェスラー氏は言う。

これはかなり驚きです。レゴブロックを踏んだときに生じる激しい痛みがどのようにして私たちの神経系に伝わるのかは、2019年になってもまだ疑問のままです。

Piezo2 欠損症の患者はチクチクする痛みを感じることはできますが、別の種類の触覚性異痛症を経験することはできません。この痛みは、通常は快感である軽い接触が痛みを感じるときに起こります。 （研究室では、研究者たちは、唐辛子に含まれる辛味物質カプサイシンを皮膚に塗って、この触覚異痛症を作り出している。）

もう一つの謎は、ピエゾ2を欠損している患者は腕などの毛深い皮膚の感触は感じることができるが、奇妙なことに個々の毛の動きは感じられないということだ。 「なぜそうなるのかは分からない」とチェスラー氏は語った。つまり、神経科学は、感覚が体内でどのように生み出されるのかをまだ完全には解明していないのです。

これらの研究結果により、多くの実用化、すなわち痛みを治療するための新しい方法が生まれました。科学者たちは次に、身体に物理的感覚を与えるさまざまな受容体を特定し、それらが痛みを引き起こすときにそれらを強化するか、または停止させる方法を習得したいと考えている。

「これはすべての痛みの研究者の夢です」とチェスラー氏は語った。 「痛みを研究するために私たちが使う方法はまだかなり粗雑です。将来的には、こうした比較的低レベルの方法から脱却し、痛みの問題をより体系的な観点から理解できるようになるでしょうか？」理解方法の向上は大きな意義を持ちます。たとえば、チクチクする痛みに関連する受容体を知らなければ、この受容体を遮断する薬を設計することは絶対にできません。

固有受容感覚の謎

触覚は複雑ですが、固有受容感覚は触覚よりもさらに複雑である可能性があります。しかし、固有受容覚を研究する過程で、研究者は人体の範囲をはるかに超えた発見や応用を行うこともあります。

人体のあらゆる筋肉の奥深くには、筋紡錘と呼ばれる繊維があります。これらの繊維と神経束は筋肉の伸張を記録します。はい、萼筋束の神経終末に piezo2 が見つかります。 1 つの筋肉が伸びると、他の筋肉が収縮し、peizo2 はこのすべての情報を脊髄に送信して、手足の位置を決定します。

私たちの体のあらゆる筋肉が常にこのような情報を発しているのは驚くべきことです。神経系は、意識的な関与なしに、何らかの方法で大量のデータを処理します。この情報の処理に意識の関与が必要な場合はどうなるでしょうか?情報過多で間違いなく気が狂ってしまいます。

まっすぐに座るという動作について考えてみましょう。まっすぐに座るとき、背骨の骨をすべて一直線に保つために、背中のすべての筋肉が正しい情報を発する必要があります。 piezo2 を欠く患者はこれを行うことができません。座っていると、背骨の骨をすべて整列させるように背中の筋肉が脳にメッセージを送ることができないため、脊柱側弯症を発症します。 （これらの患者の多くは、子宮内で胎児の位置がずれていたり、股関節の位置がずれていたりと、固有受容感覚の欠如によって引き起こされる根本的な問題を抱えて生まれてきたと聞いています。）

固有受容覚によって提供される重要な入力がなければ、サナさんとソーソンさんは方向感覚を失わないように一生懸命集中しなければなりませんでした。サナさんは、髪の毛が目の前に漂っているだけで、自分の体がどこにあるのかわからなくなることがあると話した。誰かが彼女の顔に近づきすぎて周辺視野を遮った場合にも、同様の状況が発生します。つまり、誰かにキスをしたい場合、彼女は非常に集中しなければならなかったのです。

脳はどのようにして、固有受容覚情報源をすべてこれほど簡単に統合するのでしょうか?これは依然として大きな謎のままです。

「驚くべきは、脳がこの情報を処理する際にいかに柔軟であるかだ」とハワード・ヒューズ医学研究所で固有受容感覚を研究する神経科学者アダム・ハントマン氏は言う。 「このカップに手を伸ばすように私に頼んで、『今までやったことのないやり方でやってみなさい』と言うと、私は事前の練習なしで、両手を逆さまにして背中の後ろに回し、カップに手を伸ばすことができます。私はこれまで人生で一度もこんなことはしたことがありませんでしたが、今では練習なしでできます。」

さらに、この研究には、科学者によってまだ徹底的に研究されていない、多くの巧妙な「複雑さ」があります。

科学者は一般的に、触覚と固有受容覚を別のシステムとして捉えています。 「しかし、この2つの感覚はある程度重複しています」と、コロンビア大学で固有受容感覚を研究している神経科学者ジョリーン・デ・ヌーイ氏は言う。皮膚にある受容体は、私たちが手足の位置を把握するのに役立ちます。 「歩くとき、一歩踏み出すたびに、足にある圧力受容器がすべて活性化します」と彼女は言う。これにより、体の位置に関する情報が脳に伝えられます。

私たちの感覚システムには、フィードバックを与え、身体が何をしているかを脳に伝える非常に多くの入力があります。 「脳がどのように機能するか、つまり、モデルを構築し、それを活用するためにどのようなアルゴリズムが使用されているかを理解することは、より優れた機械を構築するのに役立つだろう」とハントマン氏は語った。

重要なのは、研究者が患者の神経系によって直接制御される、より優れた義肢を作成できるようになる可能性があることです。 「現在、これらの機械は脳からの信号を受け取り、義肢を動かす能力が非常に高い」と彼は語った。 「しかし、義肢から感覚フィードバックを得てループを閉じ、すべてを実行することはまだできていません。」

脳は固有受容覚に関わるもう一つの働きをしており、研究者たちはそれを理解することに非常に興味を持っています。それは、脳がどのようにして情報不足を補うのかということです。サナとソーソンの場合と同じように。

脳ができる最も重要なこと

筋肉の束やその他の神経終末は、体内で固有受容感覚がどのように機能するかを説明しますが、この感覚が私たちの心の中でどのように現れるかはさらに奇妙です。

目を閉じて物体に手を伸ばすと何が起こるかを考えていました。目の前のテーブルの上にはグラスがあり、目を閉じていても掴むことができます。私は空間におけるガラスの位置に焦点を当て、この瞬間に自分が何を経験しているのかという思考を分析しようとしました。

それはまるで白昼夢を描写しているようなものです。ガラスはそこに存在し、本物のように見えますが、形がありません。 「それが意識です」と、最初に圧電受容体を発見したスクリプス研究所の神経科学研究者、アーデム・パタプーティアン氏は言う。彼は、意識には、部分的には固有受容感覚によって決定され、形作られる物理的な側面があると示唆している。

この物語を描写する中で、私は脳が意識を生み出すプロセスを、魔法使いや手品師が薬をかき混ぜるのと似たものとして想像するようになりました。この魔法使いは、触覚、温度、関節感覚などの私たちの体からの感覚入力を、私たちの思考、感情、記憶、世界についての予測と混ぜ合わせ、それをるつぼに投げ込んで意識を作り出します。これらの個別の部分から、その部分の合計よりも大きな完全な自己意識が生まれます。

ただし、特定の材料が不足している場合でも、最終的な「意識」ポーションの効果が低下するわけではありません。サナさんとソーソンさんは両方ともピエゾ2受容体からの情報が不足していましたが、彼らの脳は他の要素を使って情報不足を補っていました。彼らの意識は他の誰かの意識と何ら変わりません。

チェスラー氏は、姉妹の脳は今でも自分たちの体のイメージを思い描くことができると信じている。ただ、視覚や、熱さ、寒さ、痛みといった他の感覚など、他の入力も使用する必要があるのです。

目の見えない人が鋭い耳を持っていることが多いのと同じように、サナさんとソーソンさんは他の感覚を使って固有受容感覚の欠如を補っています。サナさんは、目を閉じてテーブルの上のボンベに手を伸ばしながら、近くの温度変化を感じようとしたと語った。彼女はボールに触れたときに冷たい感覚を覚えたことを思い出し、温度が低い場所を見つけたいと思いました。

「私たちが当然と思っている固有受容感覚の情報を持たないのに、彼らの脳はどうやって身体イメージを構築するのでしょうか。それが固有受容感覚に関する最も重要な疑問の一つです」とチェスラー氏は語った。 「私の研究室が今後数年のうちに、この問題に本格的に取り組み始めることを願っています。」

しかし、人間の心が確かに驚くほど回復力があることを証明するために一生懸命努力する必要はありません。

「自分の体に慣れ、与えられたさまざまな素材をどう扱うかを学ぶのです」とソーソン氏は語った。

ブライアン・レズニック

翻訳：喬琦

校正/ウサギの軽い足音

オリジナル記事/www.vox.com/the-highlight/2019/11/22/20920762/proprioception-sixth-sense

この記事はクリエイティブ・コモンズ・アグリーメント（BY-NC）に基づいており、Qiao QiがLeviathanに掲載しています。

この記事は著者の見解を反映したものであり、必ずしもリヴァイアサンの立場を代表するものではありません。