脳の非対称性

人間の神経解剖学では、脳の非対称性は少なくとも 2 つのまったく異なる所見を指します。

• 脳の左側と右側の神経解剖学的な違い
• 左右の機能的差異：脳機能の左右差

神経解剖学的な違い自体は、ニューロン密度から側頭葉などの領域のサイズ、そして最も大きなスケールでは、人間の脳のねじれまたは「風」、つまり頭蓋骨の形状を反映し、左後頭骨の後方突出と右前頭骨の前方突出を反映したものまで、さまざまなスケールで存在します。^[2]全体的なサイズの違いに加えて、神経化学的および構造的な違いの両方が半球間で発見されています。非対称性は、皮質柱の間隔、樹状突起の構造と複雑さに現れます。ブローカ野の層IIIには、より大きな細胞サイズも見られます。

人間の脳は全体的に左後方および右前方の非対称性（または脳トルク）を持っています。特に前頭葉、側頭葉、後頭葉に大きな非対称性があり、中心領域から始まって前後方向で非対称性が増大します。左非対称性は、ヘシュル回、頭頂蓋、シルビウス溝、左帯状回、側頭頭頂領域、側頭平面で見られます。右非対称性は、右中心溝（脳の左側の運動皮質と体性感覚皮質の間の接続性の増加を示唆する可能性があります）、側脳室、嗅内皮質、扁桃体、側頭頭頂後頭領域で見られます。性別に依存する脳の非対称性もよく見られます。例えば、人間の男性の脳は女性の脳よりも非対称的に左右対称になっています。しかし、HawrylyczらとPletikosらによる遺伝子発現研究では、集団レベルでは脳半球間の非対称性は検出されませんでした。^{[3] [4]}

自閉症の人は自閉症でない人に比べて脳の左右対称性が非常に高い。^{[5] [6]}

19世紀半ば、科学者たちは脳の側方化、つまり脳の左右の半球の解剖学的構造と対応する機能の違いに関する発見を初めて始めた。ドイツの解剖学者フランツ・ガルは、現在では大脳局在説として知られている理論を​​初めて説明した。ガルは、脳が単一の全体として機能するのではなく、さまざまな精神機能は脳のさまざまな部分に起因できると信じていた。また、言語処理は前頭葉で行われると示唆した最初の人物でもある。^[7]しかし、ガルの理論は当時の多くの科学者の間で物議を醸した。マリー・ジャン・ピエール・フルーランスが行った実験などによって納得した科学者もいた。フルーランスは、鳥の脳の損傷が重要な機能に回復不可能な損傷を与えることを実証した。^[8]しかし、フルーランスの方法は正確ではなく、彼の実験で採用された粗雑な方法論は、実際に鳥類モデルの小さな脳のいくつかの領域に損傷を引き起こした。

1861年、外科医ポール・ブローカはガルの理論を裏付ける証拠を提示した。ブローカは、言語障害を患っていた患者2人が左前頭葉の同じ部位に同様の損傷があることを発見した。^[7]これは機能の局在を示す説得力のある証拠であったが、「左右性」との関連はすぐには示されなかった。ブローカは同様の患者の研究を続けるうちに、すべての症例で左半球の損傷が関係しているという関連性を見つけ、1864年にこれらの発見の重要性、つまり左半球は特殊な領域に違いないという点に気づいた。彼はまた、誤って、言語領域と「利き手」の関係についての理論を提唱した。

したがって、脳の非対称性に関する最も有名な初期の研究のいくつかは、言語処理に関するものでした。前頭葉と頭頂葉を側頭葉から分離するシルビウス溝（外側溝とも呼ばれる）の非対称性は、最初に発見された不一致の1つでした。その解剖学的変異は、言語処理に重要な人間の脳の2つの領域、ブローカ野とウェルニッケ野（どちらも左半球にあります）の大きさと場所に関係しています。^[9]

ブローカとウェルニッケが発見をしたのとほぼ同時期に、神経学者ヒューリングス・ジャクソンは「主導半球」、つまり全体的な機能においてより重要な役割を果たす脳の片側の概念を提唱し、これが最終的にさまざまなプロセスにおける半球の「優位性」を理解する道を開くことになった。数年後の20世紀半ばには、てんかんなどの疾患の治療のために分離脳手術を受けた患者から、視空間、注意と知覚、聴覚、言語、感情の処理における半球の側性化に関する重要な理解が得られた。分離脳患者では、脳梁が切断され、2つの半球間のコミュニケーションの主な構造が切断される。最初の現代の分離脳患者は、患者WJとして知られる退役軍人で、^[10]彼の症例は非対称性のさらなる理解に貢献した。

脳の非対称性は人間に限ったことではありません。脳のさまざまな病気を患う人間の患者に関する研究に加えて、今日、非対称性と機能の側方化について理解されていることの多くは、ゼブラフィッシュ、ハト、ラットなど、無脊椎動物と脊椎動物の両方の動物モデルを通じて学ばれてきました。たとえば、ラットの大脳皮質と視床下部の脳の非対称性における性的二形性を明らかにした最近の研究では、ホルモンシグナル伝達から生じる性差が脳の構造と機能に重要な影響を与える可能性があることが示されています。^[11]ゼブラフィッシュの研究は、この種が非対称な遺伝子発現と非対称な形態を直接結び付け、行動分析を行うための最良のモデルを提供するため、特に有益でした。^[12]

左脳と右脳は、体の反対側を操作します。各半球には、前頭葉、頭頂葉、側頭葉、後頭葉の4つの葉すべてのセクションが含まれています。2つの半球は媒介縦溝に沿って分離されており、刺激と情報の伝達と調整を可能にする脳梁によって接続されています。 ^[13]脳梁は、2億本を超える神経線維でできた、体内の白質組織の最大の集合経路です。^[14]左脳と右脳は異なる機能に関連付けられており、同じデータを異なる方法で解釈することに特化しており、脳の側方化と呼ばれます。左脳は言語と計算に関連付けられ、右脳は視覚空間認識と顔認識に密接に関連しています。脳機能の側方化により、一部の特殊な領域が特定の半球にのみ存在したり、一方の半球が他方の半球よりも優勢になったりする。各半球に含まれる重要な領域のいくつかを以下に挙げる。^[15]

ブローカ野

ブローカ野は、左半球前頭前皮質の帯状回上部、第3前頭回に位置している。^[16]ブローカ野は1865年にポール・ブローカによって発見された。この領域は発話の生成を司る。この領域が損傷するとブローカ失語症となり、患者は首尾一貫した適切な文章を構成できなくなる。^[17]

ウェルニッケ領域

ウェルニッケ野は1976年にカール・ウェルニッケによって発見され、言語理解を司る場所であることが判明した。ウェルニッケ野は側頭葉の左半球にも存在する。脳のこの領域が損傷すると、人は言語を理解する能力を失う。しかし、適切な文脈で使用されていなくても、音、単語、文章を生成することはできる。^[18]

紡錘状顔面領域

紡錘状顔面領域（FFA）は、視野内で顔に注目しているときに非常に活発に活動することが研究されている領域です。FFAは両半球に存在することがわかっていますが、研究では、FFAは主に右半球に偏在しており、顔のより深い認知処理が行われることがわかっています。^{[19] [20]}左半球のFFAは、顔とその特徴の迅速な処理に関連しています。^[19]

脳内で非対称として現れる重要な領域の中には、遺伝などの要因により、どちらかの半球に現れるものもあります。例として利き手が挙げられます。利き手は、片方の半球の運動皮質の非対称性から生じます。右利きの人の場合、脳は体の反対側を操作しているため、左半球の運動皮質がより誘導されている可能性があります。

すでに脳内に存在する脳の非対称性を悪化させる病気がいくつかあることがわかっています。研究者たちは、統合失調症や失読症などの病気に対する脳の非対称性の影響と関係性について調査し始めています。

統合失調症

統合失調症は、幻覚、妄想、集中力、思考力、意欲の低下を引き起こす複雑で長期にわたる精神障害です。研究により、統合失調症患者は脳の非対称性に欠陥があり、前頭葉などの影響を受けた領域の機能効率が低下することがわかっています。^[21] 症状には、機能的半球の左方偏位、言語理解の側性喪失、脳回の低下、脳のねじれなどがあります。^{[22] [23]}

失読症

先に研究したように、言語は通常左半球で優位である。失読症などの発達性言語障害は、脳画像技術を用いて、障害に関連する神経細胞または構造の変化を理解するために研究されてきた。過去の研究では、側頭葉の大きさなど、健康な成人に通常見られる半球の非対称性が、失読症の成人患者には見られないことが示されている。また、過去の研究では、失読症の患者は健康な患者と比較して脳内で言語の側方化が欠如していることが示されている。代わりに、失読症の患者は言語に関して両半球優位であることが示された。^{[24] [25]}

人間の脳の機能の側方化と非対称性は、神経科学と心理学の探究の人気の分野であり続けています。脳マッピングの技術的進歩により、研究者は脳のより多くの部分をより明確に観察できるようになり、これまでは検出されなかった、さまざまなライフステージで発生する側方化の違いが明らかになりました。^[9]より多くの情報が明らかになるにつれて、研究者は、初期の人間の脳が社会的、環境的、病理学的変化に適応するためにどのように、そしてなぜ進化したのかについて洞察を得ています。この情報は、可塑性、つまり脳のさまざまな部分がさまざまな機能に活用されることがある方法に関する手がかりを提供します。^[26]

脳の非対称性に関する継続的な研究は、複雑な疾患の理解と治療にも貢献しています。たとえば、アルツハイマー病患者の神経画像では、左半球の著しい劣化と右半球優位が示されています。これは、左半球の損傷に直面して脳のその側にリソースが動員されることと関係している可能性があります。^[27]これらの半球の変化は、記憶課題のパフォーマンスに関連しています。^[28]

これまでもそうであったように、言語処理と左利きと右利きの影響に関する研究は、脳の非対称性に関する現在の研究でも主流となっています。

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