David Anderson: Your brain is more than a bag of chemicals

デイビッド・アンダーソン：あなたの脳はただの化学物質の袋ではない

Translator: Joseph Geni Reviewer: Morton Bast

翻訳: Hisae Uchiyama 校正: Hidehito Sumitomo

So raise your hand if you know someone

自分の家族や 友達の中の誰かが

in your immediate family or circle of friends

何らかの精神病に 苦しんでいるという人は

who suffers from some form of mental illness.

手を上げてみてください

Yeah. I thought so. Not surprised.

ええ そうでしょう そうだと思いました

And raise your hand if you think that

それでは ショウジョウバエの基礎研究が

basic research on fruit flies has anything to do

人間の心の病を理解するのに

with understanding mental illness in humans.

役立つと思う人は どれくらいいますか？

Yeah. I thought so. I'm also not surprised.

ええ そうでしょうね 驚いてませんよ

I can see I've got my work cut out for me here.

どうやら仕事がありそうですね

As we heard from Dr. Insel this morning,

今朝 インゼル博士の 話にもあったように

psychiatric disorders like autism, depression and schizophrenia

自閉症､うつ病､統合失調症 などの精神疾患をもつ方は

take a terrible toll on human suffering.

大変な苦しみを抱えています

We know much less about their treatment

心の病気について その治療法や

and the understanding of their basic mechanisms

基本的なメカニズムについて 我々は　ほとんど知りません

than we do about diseases of the body.

体の病気ならわかるのに

Think about it: In 2013,

考えてみてください 今世紀も10年以上経った

the second decade of the millennium,

2013 年の今

if you're concerned about a cancer diagnosis

もしあなたが がん検診を 受けようかと考えた場合

and you go to your doctor, you get bone scans,

あなたは医者に行き レントゲンを撮り

biopsies and blood tests.

生検と血液検査を行いますね

In 2013, if you're concerned about a depression diagnosis,

同じく2013年 うつ病かなと心配になったら

you go to your doctor, and what do you get?

医者に行って どんな検査を受けますか？

A questionnaire.

問診のみです

Now, part of the reason for this is that we have

さて この理由の一つは

an oversimplified and increasingly outmoded view

精神疾患の生物学的根拠に 対する 我々の見方が

of the biological basis of psychiatric disorders.

単純化し ますます時代遅れに なっているからです

We tend to view them --

よくある考えで

and the popular press aids and abets this view --

大衆紙などが そそのかすのが

as chemical imbalances in the brain,

これらの病気は 脳内の 化学物質の不均衡が原因で

as if the brain were some kind of bag of chemical soup

まるで脳がドーパミン､セロトニン ノルエピネフリンがつまった

full of dopamine, serotonin and norepinephrine.

化学物質の袋のようだ といいます

This view is conditioned by the fact

これは精神疾患患者に対し

that many of the drugs that are prescribed to treat these disorders,

非常に多くの薬物が 処方されるからです

like Prozac, act by globally changing brain chemistry,

プロザック等の坑うつ剤は あたかも本当に 脳が化学物質の袋であるかのように

as if the brain were indeed a bag of chemical soup.

脳全体の化学成分を変化させます

But that can't be the answer,

しかしそれは答えではありません

because these drugs actually don't work all that well.

実際に これらの薬が うまく効くとは限らないからです

A lot of people won't take them, or stop taking them,

多くの人が薬を飲もうとしない または途中で服用を中止します

because of their unpleasant side effects.

不快な副作用があるからです

These drugs have so many side effects

これらの薬には非常に多くの 副作用があります

because using them to treat a complex psychiatric disorder

このような薬を使用して 複雑な精神障害を治療するということは

is a bit like trying to change your engine oil

オイル交換をするのに

by opening a can and pouring it all over the engine block.

オイルの缶を開け エンジン全体に 注ぐようなものです

Some of it will dribble into the right place,

ある程度は正しい場所にかかりますが

but a lot of it will do more harm than good.

それ以外の多くには 害をもたらすのです

Now, an emerging view

これについて 新しい考え方があります

that you also heard about from Dr. Insel this morning,

今朝インゼル博士の発表で みなさんも聞いたように

is that psychiatric disorders are actually

精神障害というのは 実際には

disturbances of neural circuits that mediate

感情､気分､情緒を 仲介する神経回路の

emotion, mood and affect.

阻害によって起こります

When we think about cognition,

知的活動について考えるとき

we analogize the brain to a computer. That's no problem.

我々は 脳をコンピューターに例えます

Well it turns out that the computer analogy

ということは感情も同様に

is just as valid for emotion.

コンピューターに例えられる ということになります

It's just that we don't tend to think about it that way.

通常 そのように 考えないだけです

But we know much less about the circuit basis

しかし 精神疾患における 基礎回路について

of psychiatric disorders

我々はあまり知りません

because of the overwhelming dominance

なぜなら 化学物質の不均衡が 原因だという仮説が

of this chemical imbalance hypothesis.

圧倒的な優位性を 持っているからです

Now, it's not that chemicals are not important

化学物質が精神疾患において

in psychiatric disorders.

重要でないという わけではありません

It's just that they don't bathe the brain like soup.

ただ 化学物質がスープのように 脳全体を浸しているのとは違います

Rather, they're released in very specific locations

むしろ ある特定の場所に放出されて

and they act on specific synapses

特定のシナプスに働きかけ

to change the flow of information in the brain.

脳における情報の流れを 変更しているのです

So if we ever really want to understand

私たちが精神疾患の 生物学的基礎を

the biological basis of psychiatric disorders,

本当に理解したいのであれば

we need to pinpoint these locations in the brain

脳内でその化学物質が 働きかける場所を

where these chemicals act.

特定する必要があります

Otherwise, we're going to keep pouring oil all over our mental engines

さもないと 心のエンジン全体に 私たちはオイルを注ぎ続け

and suffering the consequences.

その影響に苦しみ続けることになります

Now to begin to overcome our ignorance

脳回路内の化学物質の 役割に対する

of the role of brain chemistry in brain circuitry,

我々の無知を克服するには

it's helpful to work on what we biologists call

「モデル生物」と呼ばれるものが

"model organisms,"

大変役に立ちます

animals like fruit flies and laboratory mice,

ショウジョウバエや 実験マウスのような動物には

in which we can apply powerful genetic techniques

強力な遺伝子技術を 適用することで

to molecularly identify and pinpoint

分子レベルで特定の種類の ニューロンの場所を

specific classes of neurons,

識別 特定することができます

as you heard about in Allan Jones's talk this morning.

今朝のアラン・ジョーンズの話でもありました

Moreover, once we can do that,

それが出来るようになると

we can actually activate specific neurons

特定のニューロンを 活性化させることができ

or we can destroy or inhibit the activity of those neurons.

もしくは ニューロンの活動を 破壊したり阻害することもできます

So if we inhibit a particular type of neuron,

もし 特定の種類の ニューロンを抑制し

and we find that a behavior is blocked,

ある行動がブロック されているのがわかれば

we can conclude that those neurons

そのニューロンが

are necessary for that behavior.

その行動に必要不可欠であると 結論付けられます

On the other hand, if we activate a group of neurons

一方 もしニューロン群を活性化し

and we find that that produces the behavior,

行動が引き起こされていれば

we can conclude that those neurons are sufficient for the behavior.

そのニューロン群が その行動に 必要十分であると結論付けられます

So in this way, by doing this kind of test,

このようなテストを行うことによって

we can draw cause and effect relationships

特定の回路にある 特定のニューロン活動と

between the activity of specific neurons

特定の行動との間に

in particular circuits and particular behaviors,

因果関係を導くことができます

something that is extremely difficult, if not impossible,

これをすぐに 人間の体で実験することは

to do right now in humans.

不可能ではないですが 非常に困難です

But can an organism like a fruit fly, which is --

しかし ショウジョウバエ等の生物 というのは―

it's a great model organism

モデル生物としてはすごいですよ

because it's got a small brain,

小さな脳を持ち

it's capable of complex and sophisticated behaviors,

複雑で洗練された行動もでき

it breeds quickly, and it's cheap.

すぐに繁殖でき 安価です

But can an organism like this

しかし このような生物というのは

teach us anything about emotion-like states?

感情のような状態を私たちに 訴えることができるのでしょうか

Do these organisms even have emotion-like states,

そもそも彼らには感情があるのでしょうか

or are they just little digital robots?

それとも単なるロボットなのでしょうか

Charles Darwin believed that insects have emotion

チャールズ・ダーウィンは 昆虫にも感情があり

and express them in their behaviors, as he wrote

それを行動で表現できると 1872年発表の

in his 1872 monograph on the expression of the emotions in man and animals.

人間と動物の感情表現に関する 論文の中で記述しています

And my eponymous colleague, Seymour Benzer, believed it as well.

私の尊敬する同僚シーモア・ベンザーも そう信じていました

Seymour is the man that introduced the use of drosophila

シーモアはモデル生物として ショウジョウバエの使用を導入し

here at CalTech in the '60s as a model organism

60年代 ここカリフォルニア工科大学で

to study the connection between genes and behavior.

遺伝子と行動の関係を研究しました

Seymour recruited me to CalTech in the late 1980s.

私は1980年代後半にシーモアに雇われて カリフォルニア工科大学に在籍しました

He was my Jedi and my rabbi while he was here,

私にとって彼はジェダイであり ラビ（ユダヤ教指導者）でした

and Seymour taught me both to love flies

そしてシーモアは私に ショウジョウバエを愛し

and also to play with science.

また科学を楽しむことを 教えてくれました

So how do we ask this question?

さあ この質問はどうやって すればいいでしょうか

It's one thing to believe that flies have emotion-like states,

まずハエに感情のような状態が あると信じた上で

but how do we actually find out whether that's true or not?

しかし それが正しいかどうか どのように見分ければいいのでしょうか

Now, in humans we often infer emotional states,

私たち人間は

as you'll hear later today, from facial expressions.

今日この後お伝えしますが 感情を顔の表情から読みとります

However, it's a little difficult to do that in fruit flies.

しかし ショウジョウバエとなると 少し難しいです

(Laughter)

（笑）

It's kind of like landing on Mars

まるで火星に着陸して

and looking out the window of your spaceship

宇宙船の窓の外を見て

at all the little green men who are surrounding it

宇宙船を取り囲んでいる 小さな緑色の人たちを見ながら

and trying to figure out, "How do I find out

「彼らに感情があるかないかを―

if they have emotions or not?"

―どうすれば調べられるだろうか」 と考えるようなものです

What can we do? It's not so easy.

何ができるか それはそう簡単ではありません

Well, one of the ways that we can start

我々ができる方法の1 つは

is to try to come up with some general characteristics

感情に似た状態 例えば覚醒などの

or properties of emotion-like states

一般的な特性や特徴を 見つけ出すことです

such as arousal, and see if we can identify

これらの状態を表現している かもしれないハエの行動を

any fly behaviors that might exhibit some of those properties.

特定できるかどうかを見ます

So three important ones that I can think of

重要なのは３点です

are persistence, gradations in intensity, and valence.

永続性や強さの度合い そして誘発性です

Persistence means long-lasting.

永続性とは 長期的な継続行動のことです

We all know that the stimulus that triggers an emotion

ご存知の通り 感情は一度引き起こされると

causes that emotion to last long after the stimulus is gone.

その原因がなくなったあとも長く続きます

Gradations of intensity means what it sounds like.

強さの度合いとは 言葉通りの意味です

You can dial up the intensity or dial down the intensity of an emotion.

人は感情の度合いを 強めたり 弱めたりできます

If you're a little bit unhappy, the corners of your mouth

少し悲しいとき 人は口角を下げ

turn down and you sniffle,

鼻をすすります

and if you're very unhappy, tears pour down your face

とても悲しいときは 涙が頬をつたい

and you might sob.

むせび泣いたりするかもしれません

Valence means good or bad, positive or negative.

誘発性は 快か不快か 引かれるか回避か

So we decided to see if flies could be provoked into showing

そこでハエが誘発されて 感情を表現するような行動を

the kind of behavior that you see

取ることができるのか 検証してみることにしました

by the proverbial wasp at the picnic table,

例えばピクニックでおなじみですが

you know, the one that keeps coming back to your hamburger

ハチがハンバーガーに寄ってきて

the more vigorously you try to swat it away,

追い払おうとすればするほど 何度も帰ってきて

and it seems to keep getting irritated.

イライラしているよう見える そんな行動です

So we built a device, which we call a puff-o-mat,

我々はある装置を作り パフ・オ・マットと名づけました

in which we could deliver little brief air puffs to fruit flies

研究室の実験台にある このプラスチック管から

in these plastic tubes in our laboratory bench

息を吹き込んで 風をショウジョウバエに届け

and blow them away.

そして吹き飛ばすのです

And what we found is that if we gave these flies

この実験を行った結果

in the puff-o-mat several puffs in a row,

パフ・オ・マットにいるハエに 何回か息を吹き込むと

they became somewhat hyperactive

彼らは非常に活発になり

and continued to run around for some time after the air puffs actually stopped

吹き込みを停止した後も しばらくは飛び回り続け

and took a while to calm down.

落ち着くのに しばらく時間がかかりました

So we quantified this behavior

そこで我々は この行動を定量化するため

using custom locomotor tracking software

協力者ピエトロ・ペローナに開発してもらった

developed with my collaborator Pietro Perona,

運動追跡ソフトウェアを使用しました

who's in the electrical engineering division here at CalTech.

彼はここカリフォルニア工科大学で 電気工学部に所属しています

And what this quantification showed us is that,

この測量の結果

upon experiencing a train of these air puffs,

これらの連続した風を経験することで

the flies appear to enter a kind of state of hyperactivity

ハエは一種の活動過多状態になり

which is persistent, long-lasting,

それは永続的 長期的に続き

and also appears to be graded.

また程度が段階的である ことが分かりました

More puffs, or more intense puffs,

より多くの風 または より強い風を送ると

make the state last for a longer period of time.

より長い期間 この状態が続きます

So now we wanted to try to understand something

そこで何がこの状態の期間を

about what controls the duration of this state.

制御しているのか調べたくなりました

So we decided to use our puff-o-mat

そこで このパフ・オ・マットと

and our automated tracking software

自動追跡ソフトウェアを使って

to screen through hundreds of lines of mutant fruit flies

何百匹ものショウジョウバエの 突然変異体をスクリーニングし

to see if we could find any that showed abnormal responses to the air puffs.

風に対して異常な反応を示すものが いるかどうかを調べることにしました

And this is one of the great things about fruit flies.

ここがショウジョウバエの 素晴らしい所の一つですが

There are repositories where you can just pick up the phone

貯蔵庫があり 電話一本で簡単に

and order hundreds of vials of flies of different mutants

何百本もの 異なる変異体の 試用びんをオーダーでき

and screen them in your assay and then find out

それらをスクリーニング 分析して

what gene is affected in the mutation.

どの遺伝子が突然変異の影響を 受けるのか見つけ出せます

So doing the screen, we discovered one mutant

スクリーニングをしていると 1 つの突然変異体が

that took much longer than normal to calm down

風を送った後 落ち着くまでに

after the air puffs,

通常よりも時間が かかることがわかり

and when we examined the gene that was affected in this mutation,

さらに 突然変異の影響を受けた 遺伝子を検査した結果

it turned out to encode a dopamine receptor.

ドーパミン受容体をコードする 遺伝子であることがわかりました

That's right -- flies, like people, have dopamine,

そうです ハエは人と同様に ドーパミンを持ち

and it acts on their brains and on their synapses

同じドーパミン受容体分子を通して

through the same dopamine receptor molecules

脳とシナプスに働きかけるのです

that you and I have.

私やあなた方と同じように

Dopamine plays a number of important functions in the brain,

ドーパミンは脳で 多くの重要な機能を持っています

including in attention, arousal, reward,

注意､覚醒､報酬などです

and disorders of the dopamine system have been linked

ドーパミン系の疾患は

to a number of mental disorders including drug abuse,

多くの精神障害に関係しています

Parkinson's disease, and ADHD.

薬物乱用 パーキンソン病や ADHDなどです

Now, in genetics, it's a little counterintuitive.

遺伝学では少し直感に反します

We tend to infer the normal function of something

我々はある物質の 通常の役割を調べるのに

by what doesn't happen when we take it away,

その物質を取り除いたとき 何が「起こらないか」で結論付けます

by the opposite of what we see when we take it away.

取り除いて何が「起こるか」は 普通見ません

So when we take away the dopamine receptor

ドーパミン受容体を取り除くと

and the flies take longer to calm down,

ハエを落ち着かせるのに 時間がかかる場合

from that we infer that the normal function of this receptor and dopamine

受容体とドーパミンの 通常の役割が

is to cause the flies to calm down faster after the puff.

より早くハエを落ち着かせることだと 我々は推測するのです

And that's a bit reminiscent of ADHD,

ADHD のことを少し連想させますが

which has been linked to disorders of the dopamine system in humans.

人間のドーパミン系の疾患と関係しています

Indeed, if we increase the levels of dopamine in normal flies

もし通常のハエに コカインを与えて

by feeding them cocaine

ドーパミンの レベルを上げると

after getting the appropriate DEA license

適切な麻薬取り締まり局のライセンスを 取得してからですが

— oh my God -- (Laughter) —

大変です　（笑）

we find indeed that these cocaine-fed flies

実際 コカインを与えたハエは

calm down faster than normal flies do,

通常のハエよりも速く落ち着いて

and that's also reminiscent of ADHD,

これはまた ADHD のようですが

which is often treated with drugs like Ritalin

しばしばリタリンのような 薬を処方されます

that act similarly to cocaine.

コカインと同じような役割を 果たすからです

So slowly I began to realize that what started out

私は徐々に気付き始めました

as a rather playful attempt to try to annoy fruit flies

遊びのような感覚で始めた ハエを怒らせるという試みが

might actually have some relevance to a human psychiatric disorder.

実は ヒトの精神疾患に 関係があるかもしれないのです

Now, how far does this analogy go?

では どこまでこの類推が 当てはまるのでしょう

As many of you know, individuals afflicted with ADHD

多くの方がご存知の通り ADHDに悩まされる方は

also have learning disabilities.

学習障害も持ち合わせています

Is that true of our dopamine receptor mutant flies?

これはドーパミン受容体に変異を持つハエにも 同様のことが言えるのでしょうか

Remarkably, the answer is yes.

驚くことに 答えはイエスです

As Seymour showed back in the 1970s,

シーモアが1970年代に発表したように

flies, like songbirds, as you just heard,

ハエは 鳴き鳥同様

are capable of learning.

学習能力があります

You can train a fly to avoid an odor, shown here in blue,

ここに青い香水ありますが この匂いと同時にショックを与えれば

if you pair that odor with a shock.

ハエにその匂いを避けるように 刷り込むことができます

Then when you give those trained flies the chance to choose

その刷り込みをしたハエに

between a tube with the shock-paired odor and another odor,

ショック有の匂いと 別の匂いの入った管を選ばせると

it avoids the tube containing the blue odor that was paired with shock.

ショック有の青い香水が入った 管を避けるのです

Well, if you do this test on dopamine receptor mutant flies,

これをドーパミン受容体に 変異のあるハエに行うと

they don't learn. Their learning score is zero.

彼らは学びません 学習スコアはゼロです

They flunk out of CalTech.

カリフォルニア工科大学からは落第します

So that means that these flies have two abnormalities,

よって このタイプのハエは 二つの障害を持っていることになります

or phenotypes, as we geneticists call them,

我々遺伝子学者は 表現型と呼んでいますが

that one finds in ADHD: hyperactivity and learning disability.

ADHDに見られる 多動性障害と学習障害です

Now what's the causal relationship, if anything, between these phenotypes?

では この二つの表現型に関係性が あるとすればそれはなんでしょうか

In ADHD, it's often assumed that the hyperactivity

ADHDではよく 多動性障害が

causes the learning disability.

学習障害を引き起こすと 考えられています

The kids can't sit still long enough to focus, so they don't learn.

長い間じっと座っていられないため 集中して学習ができないのです

But it could equally be the case that it's the learning disabilities

しかし 学習障害が多動性障害を 引き起こすということも

that cause the hyperactivity.

同様に起こり得るのです

Because the kids can't learn, they look for other things to distract their attention.

学習ができないため 他のものに目が行き 注意がそれてしまうのです

And a final possibility is that there's no relationship at all

そして最後に残る可能性は 学習障害と多動性障害には

between learning disabilities and hyperactivity,

全く相関性はなく

but that they are caused by a common underlying mechanism in ADHD.

共通のADHDのメカニズムによって 起こるということです

Now people have been wondering about this for a long time

この事は長い間 謎のままでしたが

in humans, but in flies we can actually test this.

ヒトでなくハエでなら 実際に実験できます

And the way that we do this is to delve deeply into the mind

方法としては 遺伝学を使い ハエの心を探求し

of the fly and begin to untangle its circuitry using genetics.

その神経回路を解き明かします

We take our dopamine receptor mutant flies

異常なドーパミン受容体 を持つハエを用いて

and we genetically restore, or cure, the dopamine receptor

正常なドーパミン受容体遺伝子の コピーをハエの脳に戻すことで

by putting a good copy of the dopamine receptor gene

ドーパミン受容体を 遺伝子学的に再構築

back into the fly brain.

または修復をします

But in each fly, we put it back only into certain neurons

ただし ハエの ある特定のニューロンのみに戻し

and not in others, and then we test each of these flies

それぞれのハエにおける 学習障害と多動性障害について

for their ability to learn and for hyperactivity.

テストをします

Remarkably, we find we can completely dissociate these two abnormalities.

驚くことに これら二つの異常は 全くの別物であることがわかりました

If we put a good copy of the dopamine receptor back

この楕円形の構造をした 中央複合体と呼ばれるものに

in this elliptical structure called the central complex,

正常なドーパミン受容体の コピーを戻すと

the flies are no longer hyperactive, but they still can't learn.

ハエに多動性障害はなくなりますが 学習障害がまだあります

On the other hand, if we put the receptor back in a different structure

一方で キノコ体と呼ばれる 別の組織に

called the mushroom body,

受容体を戻すと

the learning deficit is rescued, the flies learn well,

学習能力が回復し ハエはよく学ぶようになりますが

but they're still hyperactive.

多動性は消えません

What that tells us is that dopamine

ここからわかることは ハエの脳内を

is not bathing the brain of these flies like soup.

ドーパミンがスープのように 浸しているのではないということです

Rather, it's acting to control two different functions

むしろ それは 二つの異なる回路で

on two different circuits,

異なる機能を コントロールしているのです

so the reason there are two things wrong with our dopamine receptor flies

だからドーパミン受容体異常のハエに 二つの障害が起こるのは

is that the same receptor is controlling two different functions

同じ受容体が二つの機能を 脳内の二つの別領域で

in two different regions of the brain.

コントロールしているからです

Whether the same thing is true in ADHD in humans

同じことがヒトの ADHDにも言えるのか

we don't know, but these kinds of results

それはわかりません しかしこれらの結果は

should at least cause us to consider that possibility.

その可能性を考えさせる きっかけにはなります

So these results make me and my colleagues more convinced than ever

この結果によって 我々は より確信を持ってこう言えます

that the brain is not a bag of chemical soup,

「脳は化学物質の袋ではなく　―

and it's a mistake to try to treat complex psychiatric disorders

ただやみくもに スープの味を変えるだけで　―

just by changing the flavor of the soup.

複雑な精神疾患を 治そうとすることは間違っている」と

What we need to do is to use our ingenuity and our scientific knowledge

我々は創意工夫と 科学的知識を持って

to try to design a new generation of treatments

治療の新しい時代を デザインしなければいけません

that are targeted to specific neurons and specific regions of the brain

特定の精神疾患に影響される 特定のニューロンと特定の脳領域を

that are affected in particular psychiatric disorders.

対象にできることが重要です

If we can do that, we may be able to cure these disorders

もしそれができたなら

without the unpleasant side effects,

不快な副作用もなく

putting the oil back in our mental engines,

心のエンジンの 必要なところにだけオイルをさし

just where it's needed. Thank you very much.

これらの疾患を治療できるかもしれません ありがとうございました