サブプレートニューロンから紐解く美意識の起源
公益財団法人東京都医学総合研究所

丸山千秋

It is essential to understand how the mechanisms that respond to various stimuli from the outside world develop fromthe fetal to the neonatal period to understand the origin of the sense of beauty. Predictably, the neural circuits for perceiving
beauty are formed in an "experience-dependent developmental process," in which postnatal experiences stimulate neuralcircuits. However, neural circuits that develop in utero, even with limited sensory input from the outside world, are believed
to be mediated by the spontaneous electrical activity of SpNs, the first neurons to be born and mature in the cerebral cortex.
SpNs are the first born and mature neurons that play an essential role in neuronal migration and induction of thalamocorticalaxons during embryonic development. In this study, our first objective was to elucidate the mechanism of constructing
basic neural circuits to create human aesthetics through functional analysis of SpNs. By identifying marker genes in SpN
during the embryonic period and manipulating spontaneous neural activity, we investigated the essential characteristics ofSpN. Furthermore, we explored the role of SpNs in the brain evolutionary process of sensory. We also discussed how thedevelopment of input circuits changes, with and without SpN, during brain evolution.

１．緒りそれが刺激となって神経回路ができるという “経験依存言的な発達” は予想できる発達過程である。しかしながら子美意識は人間のみならず動物にも存在する。子孫繁殖の宮内で、外界からの感覚入力が限られている中でも発達しパートナーを獲得するために動物たちは美しい体色や模様てくる神経回路は、大脳皮質で最も早く誕生、成熟するニで相手を惹きつける本能を持っている。ヒトの場合、美をューロンである SpN の自発的電気活動が担っているので感じると内側眼窩前頭皮質と呼ばれる領域が活性化するこはないかと考えられているが、未解明な部分が多い。胎児とが知られている 。また、自閉症や他の精神疾患の患者や早産児の脳波研究から、下肢が動くと大脳皮質の体性感において美的感覚が健常者と異なる、あるいは感覚過敏が覚野の S 1 領域で紡錘型の速波（spindle burst）と呼ばれる

1）あるという報告がある 。すなわち刺激に対する脳の神経脳波が観測される。この脳波は SpN に由来すると言われ回路の反応が、美を感じるメカニズムであるとすれば、そており、生後時間が経つにつれてだんだん減少することがの健常な発達が美意識の形成には重要である。そこで主に観察されている。SpN は最も早く生まれて成熟するニュー

視覚、聴覚に対する外界の様々な刺激に反応するメカニズ

ロンで、胎生期に神経細胞移動 3）や視床皮質軸索の誘導なムが、胎児期から新生児期にかけてどのように発達してくどの過程で重要な役割を果たすことが知られている。またるのかを知ることは、美意識の起源を理解する上で不可欠

SpN は生後、細胞死によって激減することから、胎児期かである。

ら新生児期にかけてその自発電気活動により感覚と運動の2）ヒトの脳は約 860 億もの神経細胞（ニューロン）が 6 層統合を制御し、大脳皮質神経回路の基本を作り上げることの構造内に精緻に配置されており、それらニューロン間にが示唆される 4）。そこで本研究では、まずヒトの美意識を配線される神経回路によって我々は判断し、覚え、言葉を作り上げるための基本神経回路の構築メカニズムを SpN話す。また、美しい風景や絵画を見たとき、目の網膜に入の機能解析を通して明らかにすることを目的とした。

った視覚刺激は視床と呼ばれる脳領域を経由して大脳皮質

２．方第 4 層の標的細胞に入った後、他の皮質内領域へ出力する。
そして内側眼窩前頭皮質や帯状回といった領域の活動が盛法

２. 1．SpN のサブタイプの同定んになり、美を認知する。この一連の神経回路がどのようまず、SpN の細胞としての特徴を明確にするために、遺にして形成されるのかについて、生後に経験したことによ伝子発現の違いによるサブタイプの同定を行った。マウス
胎児脳において SpN が特異的に蛍光タンパクを発現する２種のトランスジェニックマウス（Lpar 1 -EGFP と Neuro

Origins of Aesthetic Sense Unraveledfrom Subplate Neurons
Chiaki Ohtaka-Maruyama
Tokyo Metropolitan Institute of MedicalScience

D 1 -CreERT 2 /Ai 14）を用いて GFP 陽性、td Tomato 陽
性の SpN を単離し、シングルセル RNAseq 解析を行った。
R のパッケージ Seurat を用いて個々のデータと２系統の統合データをそれぞれ解析し、さらに空間遺伝子発現解析
Visium の結果との統合解析を行った。

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2 . 2．SpN の自発神経活動と神経回路形成
SpN がどのような自発活動をするのかを調べるために、マウス脳スライスおよび脳全体のカルシウムイメージングを行う。SpN 特異的に CRe を発現するマウス系統 D 1 BCre を GCaMP 6 -flox マウスと交配し、SpN の神経活動が胎生期のどのぐらいの時期から始まっているのかを解析する。また、視床 - 皮質軸索で特異的に GCaMP を発現するマウス系統（TCA-GCaMP）を用いて、発達過程においてSpN の活動を変化させた際、どのように TCA の活動パターンが変化するのかについて神経活動をイメージングする。
SpN の活動抑制には Kir 2 . 1 -flox マウスと SP- 特異的 Creマウスを交配する方法を用いる。この条件下で、脳構築や神経回路形成、および生後の個体の行動にどのような影響があるかを解析することで、発達脳における SpN の細胞ダイナミクスと感覚統合過程を解明する。

2 . 3．脳進化における SP 層の役割
サブプレート（SP）層は調べられた限り全ての哺乳類に図1存在するが、非哺乳類脳には存在しない。分子マーカーのSP マーカー発現の比較

発現としては、鳥類や爬虫類にも SpN 特異的なマーカー遺伝子は数箇所に分かれて発現している（図 1）。一方哺乳類の中でも霊長類になると SP 層が厚く発達していることが知られている 5 , 6）。このことは、霊長類ではより多くのニューロンを胎児期に配置し、また視覚、聴覚などの感覚入力においても、より多くの軸索の正確な投射制御が必要である可能性を示唆している。そこで、脳進化過程の鍵とも考えられる SP 層の発達に寄与したメカニズムは何かについて、シングル解析のデータおよびマウス、マーモセッ
ト、ヒトの胎児脳を用いた Visium 解析データを用いて遺伝子発現の観点から検証を行った。

３．結果

図2

3 . １．マウス SpN のサブタイプの同定

胎生期サブプレートの新規分子マーカー

Lpar 1 -EGFP、D 1 B-Cre、およびその２種の統合デー
タおよび Visium データを用いて解析を行った結果、図 2に示すような、胎生期の新規 SP 層のマーカー候補が同定できた（図 2、3）
。各クラスターに特異的に発現している遺伝子もあれば２種、あるいは３種のグループで共通の遺伝子も同定できた。また、注目すべき点の一つは、最終的に同定された 33 遺伝子のうち、黄色で示した 8 遺伝子は自閉症に関連があることが報告されている遺伝子であった。また RNA Scope 法を用いて Nr 4 a 2、Hs 3 st 4、Sox 5について発現の重なり具合を調べたところ、1 遺伝子のみ陽性の細胞から、３つとも陽性のものまで、発現の様式から５種のサブタイプに分かれることが明らかになった（図4）。このように SpN はヘテロな細胞集団であることが結論づけられた。

図3− 185 −胎生期サブプレート子マーカーの mRNA 発現パターン

コスメトロジー研究報告 Vol. 32, 2024

図5
図4

脳構造の動物種による違い

サブプレートニューロンのサブタイプ

3 . 2．SpN の自発神経活動と神経回路形成
SpN は神経産生期に最初に生まれ、成熟するニューロンであるため、大脳形成期の最初から神経活動を行って後から生まれるニューロンや神経回路の形成過程に関わっている。これまでにマウス胎生期 E 15 . 5 の段階でスライスを作製して Ca 2 + イメージングを行ったところ、この時期から SpN は盛んに神経活動をしていることがわかった。そこで、より早い段階で SpN の活動を計測する実験を進めている。TCA-GCaMP を用いた広域 Ca 2 + イメージングの図6計測条件が決定できた。今後は SpN の自発神経活動を抑SP 層の種間比較制した際の TCA-GCaMP の活動や、脳構築にどのような影響が出るのかについて Kir 2 . 1 -flox マウスを D 1 B-Creとの交配マウスの全脳イメージングやスライスでのイメーる、という種による違いが明らかになった。

ジングを行う。

4．考3 . 3．脳進化における SP 層の役割

察

SpN は脳構築の際に、細胞移動制御や視床軸索の投射制

哺乳類脳は大脳新皮質に 6 層の構造が見られるが、これ御などを担い、哺乳類大脳新皮質の形成過程に必須の役割

は哺乳類独自の構造で、非哺乳類にはない。鳥類脳ではニを果たしている。その分子発現による特徴は胎児期ではほューロンが集まって神経核を形成する核構造が見られる

とんどわかっていなかったが、今回の解析で、胎生期のマ（図 5）。哺乳類の中でも特にヒト胎児脳では SP 層は皮質

ウス脳の SpN は少なくとも５種以上のサブタイプが存在板（CP）の５倍以上も厚く、表層 SP（SPs）、中間層 SP（SPi）することがわかった。そのサブタイプの役割の違いは未解7）と深層 SP（SPd）に分けられる 。しかしなぜ霊長類やヒ明であるが、移動ニューロンにシナプスを介してシグナル

トでは SP 層がこんなに厚くなるのか、その中にどのようを送っているサブタイプと、視床軸索の入力を受けて第 4な SpN のサブタイプが存在するのかについては未解明で層へと投射を促す SpN は別のサブタイプである可能性がある。そこで我々は、ニワトリ、マウス、マーモセットのある。また、非哺乳類には SpN はないが、視床からの感Visium 空間的遺伝子発現解析を用いて、SP 層の分子マー覚入力を受ける軸索が投射する入力細胞 SpN のマーカー

カー発現を指標に種間による比較解析を行った（図 6）。その CTGF の発現が見られたという結果より、原始羊膜類の結果、鳥類脳の CTGF 遺伝子は視床からの軸索投射先の脳では、感覚入力を最初に伝える視床軸索が到達する早である entopallium（E）に強く発現していた（図 1）。ここ生まれニューロンが CTGF を発現する、という共通性があは入力神経細胞のマーカーである EAG 2 の発現領域でもる可能性が示唆された。それが哺乳類では SpN となってあり、サブプレートと、哺乳類で言うところの入力細胞でさらに第 4 層へと軸索を伸張させて入力神経細胞層の特異ある第 4 層のマーカーが共局在していた。一方哺乳類脳で化に寄与するが、非哺乳類ではそれが直接 input ニューロは CTGF は視床軸索が最初に到達する SpN でのみ発現すンになるという違いがあるのではないかと考えられた。ま− 186 −

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た、霊長類の SP 層の厚みに関しては、Visium でどのよう期の自発活動が美意識を生み出す起源と言えるのではないな遺伝子が特異的に発現しているのかについて確認したとかと考えている。今後は、SpN の発生起源についても明らころ、軸索誘導や細胞外基質の関連遺伝子が高発現していかにし、鳥類や爬虫類との比較進化学的解析により動物のる他、レチノイン酸の代謝関連遺伝子も霊長類で特に高発美意識はどのように進化してきたのかについての考察を深現していることもわかってきた。これらの結果は、美的感めたい。

覚も含む、感覚入力は原始羊膜類から視床を介して入力細胞に送られるという共通性がある一方で、哺乳類では SpNの一部のサブタイプがそれを受け取り、第 4 層へと回路を繋ぐ中継所の役割を担っているが、非哺乳類では中継点が（引用文献）
1） Kawabata H, Zeki S, Neural correlates of beauty. J
Neurophysiol., 91, 1699-1705（2004）

なく、入力を受け取った細胞自身が入力細胞へと分化する

2） Danesh AA, Howery S, Aazh H, Kaf W, Eshraghi

ことが示唆された。また、哺乳類では視床皮質回路の制御

AA., Hyperacusis in autism spectrum disorders.に関わる SpN のサブタイプ以外にも、細胞移動を促すサ

Audiol Res., 11, 547-556（2021）

ブタイプや、未知の機能を持つサブタイプなど、複数のヘ

3） Ohtaka-Maruyama C, Okamoto M, Endo K, Oshima

テロな細胞集団であることがわかってきた。同定された胎M, Kaneko N, Yura K, Okado H, Miyata T, Maeda N,

生期の SpN の分子マーカーに自閉症関連遺伝子が多いとSynaptic transmission from subplate neurons controls

いうことは、これらの SpN の機能の不具合は生後の神経radial migration of neocortical neurons. Science, 3 6 0,回路構築、特に感覚入力の回路形成にとって決定的な影響313-317（2018）を及ぼすことが想定される。このことが自閉症患者の感覚

4） Molnar Z, Luhmann HJ, Kanold PO, Transient

過敏の表現型につながっている可能性は否定できない。

cortical circuit match spontaneous and sensory-driven

5．総

activity during development. Science, 370, 308（2020）

括5） Hoerder-Suabedissen, Molnar Z., Development,

今後は同定された SpN マーカー遺伝子が、早期の脳形成過程で SpN に発現することでどのような機能を果たし

evolution and pathology of neocortical subplate
neurons. Nature Neurosci., 16, 133-146（2015）ているのかを解析することで、感覚入力を大脳皮質に伝え

6） Hadders-Alga M, Neural subplate and clinicalる最初期の神経回路である、視床 - 皮質神経回路形成のメ

significance of general movements:an update. Dev.
Med Child Neurol. 60, 39-46（2018）

カニズムの理解を深めてゆきたい。
これまでの先行研究も考え合わせると、哺乳類における7） Kostovic I, The enigmatic fetal subplate component

脳構築の共通の原理として、SpN の発達早期の自発活動がforms an early tangential cortical nexus and provides「活動依存的な神経回路構築」に必須であり、さらに生後

the framework for construction of cortical connectivity.の「経験依存的な神経回路の発達」と合わせて両輪となっProg Neurobiol., 194, 101883（2020）て脳神経回路形成を促進していると考えられる。前者の早− 187 −