眠る脳を、同じデータから問い直す　マウス神経活動の大規模記録を公開

眠りに落ちたとき、脳の神経細胞は一斉に仕事をやめるわけではない。では、起きているときと何が変わるのか。一つ一つの細胞の働きだけでなく、細胞どうしがどのように活動をそろえ、集団として振る舞うのかを調べるための、大規模な研究資料が公開された。

理化学研究所は9月15日、東京大学との共同研究チームが、覚醒、自然睡眠、イソフルラン麻酔下のマウス大脳皮質を記録したデータセットを公開したと発表した。神経細胞ごとの処理済みデータに加え、元の顕微鏡画像、同時に記録した脳波と筋電図も利用できる。成果は9月10日付の科学誌『Scientific Data』にデータ記述論文として掲載された。^[1]

重要なのは、意識の謎が解けたという発表ではないことだ。研究者が同じ記録に立ち戻り、別の解析法で確かめられるようになった。新しい仮説を持つ人が、同じ規模の装置を一からつくらなくても検証に参加できる。その入り口を広げる成果である。

研究を担ったのは、理研脳神経科学研究センター触知覚生理学研究チームの村山正宜（むらやま・まさのり）チームディレクター、大本育実（おおもと・いくみ）研究員、東京大学大学院総合文化研究科の大泉匡史（おおいずみ・まさふみ）准教授、清岡大毅（きよおか・だいき）氏（研究当時、博士後期課程）らだ。^[1]

「1万細胞」の大きさを、正しく読む

論文によると、公開資料は覚醒・睡眠の6セッションと、覚醒・麻酔の4セッションからなる。セッションとは、一続きの記録の単位だ。品質管理後に残った細胞の数は記録ごとに異なり、おおむね4,000～1万個。約3ミリメートル四方の視野を毎秒7.65回撮影した。脳全体や、ヒトの脳を記録したものではない。^[2]

理研の発表は世界最大規模と位置付けるが、これは研究機関による評価だ。データセットの価値は、単純な細胞数の順位だけでは決まらない。細胞を区別して観察できること、複数領域を同時に見られること、脳の状態を判定する記録がそろっていることが、組み合わせとして重要になる。^[1]

また、1万個の細胞は1万個体の動物を意味しない。同じ個体に属する細胞は共通の生理条件や測定環境の影響を受ける。研究室の解析チュートリアルも、個体群について比較する際の反復単位は時間窓ではなくマウスだと説明している。記録の細かさと、生物学的な標本数は分けて扱う必要がある。^[5]

見ているのは電気信号そのものではなく、蛍光の変化

研究に使ったのは広視野2光子顕微鏡だ。カルシウムイメージングでは、神経活動に伴う細胞内のカルシウム濃度の変化を、蛍光の明るさの変化として捉える。細胞の位置が分かる画像と、その細胞が時間とともにどう変化したかという記録を得られる。^[3]

ここには測定と推定の違いがある。明るさの変化から神経細胞の発火を推定できても、推定された発火が、電極で直接測った活動電位と同じになるわけではない。公開資料にも、蛍光信号、そこから推定した発火、さらに時間方向に平滑化した信号が区別されている。^[2]

例えば、同じ映像に二つの解析法を使った場合、一方は弱い変化を活動として拾い、もう一方は雑音として除くかもしれない。すると、その細胞が他の細胞と一緒に活動しているという評価も変わり得る。最終的なグラフだけでなく元画像を確かめられることは、こうした判断の違いを調べるために役立つ。

脳波と筋電図が、細胞の記録に文脈を与える

細胞の活動を比べるには、動物がそのとき、どの状態にあったかを確かめなければならない。動かないという理由だけで、眠っていると判断することはできない。脳波と筋電図を同時に記録することで、神経細胞の変化を覚醒や睡眠の区分と対応させられる。

睡眠の資料にはノンレム睡眠、レム睡眠に加え、静かな覚醒の区分も含まれる。論文は、頭部固定下で動きの少ない覚醒が当初レム睡眠に誤分類された例を、目視で修正したと説明している。状態ラベルは、現実そのものではなく、記録と判定手順に基づく注釈である。この点も再解析で点検できる。^[2]

レム睡眠が収録されていることと、どの研究課題にも十分な量があることも別だ。短い状態の記録を、長く安定して続いた状態と同じ確かさで比較することはできない。利用する研究者は、各記録の状態別の長さを確認してから、問いと解析方法を決める必要がある。

2021年の顕微鏡開発から、2026年の共有へ

今回の公開には、装置開発から続く経緯がある。理研などは2021年4月、広視野2光子顕微鏡「FASHIO-2PM」の開発を発表した。当時は、9平方ミリメートルの単一視野面から1万6,000個以上の神経細胞の活動を記録できたと報告している。広い範囲を見ることと、細胞を一つずつ見分けることの両立を目指した技術だった。^[3]

この数字を今回の公開資料の細胞数と混同してはいけない。装置の性能を示した実験と、一定の品質条件で再利用用に整えた記録は、集計対象が異なる。観察できた細胞をすべて同じ条件で解析できるとは限らないからだ。

続いて2026年2月、研究グループは、覚醒時とノンレム睡眠・麻酔時で機能的ネットワークの構成が異なると報告した。睡眠・麻酔時には、活動の関係から推定したネットワークが、より分かれた集団をつくる傾向があったという。今回のデータ記述論文は、この先行研究で用いた記録を再利用できる形で説明するものだ。新しい公開と、すでに発表された発見を分けて伝える必要がある。^[4][2]

「つながり」は、神経の配線を直接見たという意味ではない

機能的ネットワークは、活動の似方などから推定した関係を表す。二つの細胞が似たタイミングで活動していても、その間に直接のシナプス結合があると、この記録だけで証明できるわけではない。別の細胞から共通の入力を受けている可能性もある。

研究室の教材は、活動の相関からグラフをつくり、その中のまとまりを調べる手順を公開している。条件間で比較する際には、グラフの線の密度をそろえることも説明する。線を多く残した図と少なく残した図を比べれば、脳の状態とは別の理由で、まとまり方が変わって見えるからだ。^[5]

ここから先はJapan.co.jpの分析だ。共通のデータがあれば、研究者どうしの違いを、測定対象の違いと解析方法の違いに分けて検討しやすい。ある手法でしか見えない特徴なのか、条件を変えても残る特徴なのかを調べられる。公開の効果は、論文の結論を追認する機会を増やすだけでなく、どこまで結論が成り立つかを問い直せることにある。

自然睡眠と麻酔を、同じものとして扱わない

睡眠と麻酔の資料は、年齢構成や記録した明暗周期の時間帯が異なる。論文は両者の直接的な数量比較に注意を求めている。また、観察は頭部を固定したマウスの大脳皮質表層で行われている。自由に動く動物の全脳活動や、さまざまな麻酔薬の作用を網羅した資料ではない。^[2]

したがって、二つの群で差を見つけても、すべてを睡眠と麻酔の違いに帰すことはできない。年齢や測定時刻など、状態以外の条件が関係した可能性が残る。同じ記録の中で覚醒から状態が変わる前後を見ることと、異なる実験条件の群を一括比較することでは、答えられる問いが違う。

意識についても慎重さが要る。状態を分類できる計算手法ができたとしても、それだけで動物の主観的体験を読み取ったことにはならない。まして、このマウスの資料だけで、人の睡眠障害を診断したり、手術中の患者の意識を判定したりすることはできない。将来の応用を考えることと、臨床で有効性が確かめられたと言うことには大きな隔たりがある。

開かれたデータを、確かめられる知識へ

データの公開先は理研のCBS Data Sharing Platformで、登録番号は20260708-001。利用案内は論文と研究室のチュートリアルに示されている。プラットフォームは、公開データの再利用に出典表示などを求めるCC BY 4.0の方針を示す一方、プログラムの利用条件は別に確認するよう説明している。公開されていることは、出典も版も記録せず使ってよいという意味ではない。^[6][7]

再利用で重要なのは、どの版を使い、どの細胞や時間帯を選び、何を除外したかを残すことだ。元画像からやり直す解析と、処理済みの信号を使う解析も区別したい。独自の方法で得た結果を示すなら、同じ結論を別の条件でも得られるかまで確かめることが、公開資料の価値を引き出す。

今回、共有されたのは「眠る脳の正解」ではない。脳の状態が変わるとき、細胞集団に何が起きるのかを、別の研究者が同じ出発点から調べられる記録である。装置が見える範囲を広げた先で、データ公開が、問いを立てる人の範囲を広げようとしている。