神経化学

神経化学とは、神経伝達物質や、向精神薬、神経ペプチドなどの分子を含む、神経系の生理機能を制御・調節する化学物質を研究する学問です。神経科学におけるこの分野では、神経化学物質がニューロン、シナプス、神経ネットワークの働きにどのように影響を与えるかを研究します。神経化学者は、神経系における有機化合物の生化学と分子生物学、そして皮質可塑性、神経新生、神経分化といった神経プロセスにおけるそれらの役割を分析します。

神経化学が認知された科学としては比較的新しいものですが、神経化学の根底にある考え方は18世紀から存在していました。当初、脳は末梢神経系とは別の独立した存在だと考えられていました。1856年から、その考えを否定する一連の研究が行われました。脳の化学組成は末梢神経系の組成とほぼ同じでした。^{[ 1 ]}神経化学の研究における最初の大きな飛躍は、「脳化学」分野の先駆者の一人であるヨハン・ルートヴィヒ・ヴィルヘルム・トゥディヒムによってもたらされました。彼は、多くの神経疾患は脳内の化学物質の不均衡に起因する可能性があると仮説を立てた最初の人物の一人でした。また、化学的手段によって、神経疾患の大部分は治癒はできなくても治療できると信じた最初の科学者の一人でもありました。^{[ 2 ]}

アーバイン・ペイジ（1901-1991）はアメリカの心理学者で、1937年に神経化学に焦点を当てた最初の主要な教科書を出版した。彼はまた、1928年にミュンヘンのカイザー・ヴィルヘルム精神医学研究所に神経化学の研究のみを専門とする最初の部門を設立した。^{[ 3 ]}

1930年代には、神経化学は主に「脳化学」と呼ばれ、神経系における特定の役割や機能を直接提唱することなく、さまざまな化学種を見つけることに主眼が置かれていました。脳疾患に対する最初の生化学的病理検査は、統合失調症を研究した神経精神科医のヴィト・マリア・ブスカイノ（1887-1978）によるものです。彼は、統合失調症、錐体外路障害、または認知症の患者の尿を5%硝酸銀で処理すると、アミンの異常なレベルに関連する黒色の沈殿物が生じることを発見しました。これは「ブスカイノ反応」として知られるようになりました。^{[ 3 ]}

1950年代には、神経化学は科学研究分野として認められるようになった。^{[ 4 ]}神経化学が学問分野として確立されたのは、一連の「国際神経化学シンポジウム」に遡り、1954年に出版された最初のシンポジウムの巻は『発達中の神経系の生化学』と題されていた。^{[ 5 ]}これらの会合は、国際神経化学会とアメリカ神経化学会の設立につながった。これらの初期の会合では、アセチルコリン、ヒスタミン、サブスタンスP、セロトニンなどの可能性のある神経伝達物質の暫定的な性質について議論された。1972年までに、その考えはより具体的なものとなった。

脳機能を変化させるために化学物質を使用する最初の大きな成功例の1つは、L-DOPA実験でした。1961年、ウォルター・バークマイヤーはパーキンソン病患者にL-DOPAを注射しました。注射後まもなく、患者の震えは劇的に軽減し、長い間できなかった方法で筋肉を制御できるようになりました。効果は2.5時間以内にピークに達し、約24時間持続しました。^{[ 1 ]}

神経化学において最も重要な側面は、神経系における化学活動を構成する神経伝達物質と神経ペプチドである。神経系の適切な機能には、多くの神経化学物質が不可欠である。

大型神経分泌細胞で合成される神経ペプチドオキシトシンは、母性行動や生殖、特に出産前後に重要な役割を果たします。オキシトシンは、タンパク質分解によって神経ペプチドが活性化される前駆体タンパク質です。オキシトシンは、母親が授乳する際の射乳反射、子宮収縮、および視床下部-下垂体-副腎軸に関与しており、視床下部-下垂体-副腎軸では、オキシトシンはコルチゾールと副腎皮質刺激ホルモンの放出を抑制します。^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}

最も豊富な神経伝達物質であるグルタミン酸は興奮性神経化学物質であり、シナプス間隙での放出は活動電位の発生を引き起こします。GABA（ガンマアミノ酪酸）は抑制性神経伝達物質です。ニューロンのシナプスの細胞膜に結合し、負に帯電した塩化物イオンの流入と正に帯電したカリウムイオンの流出を引き起こします。このイオンの交換により、ニューロンの膜電位が過分極します。これは、この負の変化によって引き起こされます。^{[ 10 ] [ 11 ]}

ドーパミンは、情動機能の調節に関わる大脳辺縁系において非常に重要な神経伝達物質です。ドーパミンは、認知、睡眠、気分、乳汁産生、運動、動機付け、報酬など、脳内で多くの役割を担っています。^{[ 12 ]}

セロトニンは、気分、睡眠、および脳の他の機能を調節する神経伝達物質です。末梢シグナル伝達物質であり、血液中だけでなく消化管にも存在します。研究によると、セロトニンは肝臓の再生において重要な役割を果たす可能性があることも示唆されています。^{[ 13 ]}

神経化学は、ニューロンの種類、構造、機能、およびそれらの化学成分を研究する学問です。ニューロン間の化学信号伝達は、神経伝達物質、神経ペプチド、ホルモン、神経調節物質、およびその他の多くの種類のシグナル伝達分子によって媒介されます。多くの神経疾患は、脳の神経化学のバランスの崩れによって発生します。たとえば、パーキンソン病では、脳内のドーパミンのレベルのバランスが崩れています。薬には、脳機能を変化させ、脳の障害を治療するために使用される神経化学物質が含まれます。典型的な神経化学者は、脳の化学成分がどのように相互作用するか、神経可塑性、神経発達、疾患中の脳の物理的変化、および加齢中の脳の変化を研究するかもしれません。^{[ 14 ] [ 15 ]}

神経化学における主要な研究分野の1つは、心的外傷後ストレス障害が脳をどのように変化させるかを調べることです。神経伝達物質レベルの変動は、PTSDのエピソードが発生するかどうか、またそのエピソードがどのくらい続くかを決定づける可能性があります。ドーパミンはノルアドレナリンよりも影響が小さいです。異なる神経化学物質は脳の異なる部分に影響を与える可能性があります。これにより、 PTSDに使用される薬が他の脳プロセスに望ましくない影響を与えることがなくなります。PTSDに関連する悪夢を軽減するのに役立つ効果的な薬はプラゾシンです。^{[ 16 ]}

• [基礎神経化学オンライン検索可能教科書]
• アメリカ神経化学会
• アジア太平洋神経化学会
• 欧州神経化学会
• 日本神経化学会