【三島海雲学術賞】（自然科学部門）

食の感覚を支える脳の香り認識・記憶機構の研究

五十嵐

カリフォルニア大学アーバイン校医学部神経科学解剖学科
緒

言啓助教授

分子の情報をその香り分子の持つ官能基を元「香り」の感覚すなわち嗅覚は、私たちの食の感覚をに分別していることを、生理学的手法により支える重要な感覚の一つであり、健康で楽しい食生活に明らかにした 1 5, 7）。また、光学測定法を用い、必要不可欠な感覚である。また、ある香りを嗅ぐことで1 次嗅覚野の解剖構造と活動との相関を明らか

過去の一場面を思い出すことがあるように、嗅覚は記憶にした 9, 10）。

–と強く結びついた感覚であることが知られている。脳が【研究 2】1 次嗅覚野から 2 次嗅覚野へは主に二種類の解香りを認識し、記憶する生理機構を明らかにすること

剖経路によって香り情報が分解されて送られは、食生活の向上や、嗅覚機能の脱落によって失われうることを、生理・解剖学的手法を用い発見しる生活の改善のためには欠かせない第一歩である。

た 6, 11, 12）。さらに 2 次嗅覚野では誘因・忌避の私は東京大学・森憲作研究室の大学院生時より、引き香り情報が別々に処理されていることを発見した10）。

続くノルウェー科学技術大学・Edvard Moser/May-Britt
Moser 研究室の研究員として、そして現在カリフォルニ【研究 3】香りの記憶が、嗅内皮質と海馬の情報交換を高め

ア大学アーバイン校で研究室を主宰するまでの間、これることにより形成されることを発見した 13, 14, 16）。

まで一貫して香り感覚をつかさどる脳生理メカニズムのさらに、海馬の異なるサブ領域における記憶研究を行ってきた。その結果、香り情報を処理する脳の様式の違いを明らかにした 15, 17, 18）。

最初の部位である「1 次嗅覚野（嗅球）」、高次嗅覚部位以上の成果は、1 次・2 次嗅覚野研究の研究発展に貢献である「2 次嗅覚野（嗅皮質）」、さらにより高次の、匂した。好ましい香りの認識・弁別は食品産業においてはいを記憶する「嗅内皮質と海馬」におよぶ一連の領域重要な課題であること、さらにアルツハイマー病などの（図 1）の生理機構について以下のことを見いだした。

神経疾患治療では香りの認識・記憶機能脱落の回復が重【研究 1】1 次嗅覚野が数十万種類と言われる膨大な香り要な課題となっていることから、これらの成果は今後産

図1

哺乳類の脳における嗅覚–海馬の神経回路図。

嗅上皮から入った匂い情報は、1 次嗅覚野である嗅球と、2 次嗅覚野である嗅皮質で処理される。その後嗅内皮質・海馬領域へと送られ、記憶として保存される。
1

五十嵐啓

研究の結果業・臨床両面における応用に繋がることが期待される。

【研究 1】
研究の背景

東京大学・森憲作研究室の大学院生としての研究にお香りの感覚は、味覚とともに私たちの食の感覚を支えいて、私はまず、1 次嗅覚野（嗅球）における、香り情る重要な感覚である。嗅覚脱失を発症した際には食の風報の処理機構の解明に取り組んだ。この研究には、脳の味の感覚低下を伴うことからも明らかなように、健康な微細構造を解析することができる光学イメージング法

食生活には嗅覚が必要不可欠である。さらに、香りは記（内在性信号光学測定法）を用いた。麻酔下ラットに憶と密接に結びついた感覚である。「失われた時を求め200 種類以上の香り分子を嗅がせ、嗅球の神経活動の記て」の冒頭部では主人公が口にしたマドレーヌの風味か録を行った。この結果、①よく似た香り分子に応答するら幼少時の記憶を思い起こすが、食と香りにまつわる記

糸球は近傍に集積し、クラスターを形成していること、憶は多くの人が日常的に経験することである。食の風味②これらのクラスターは、香り分子の持つ官能基ごとにを楽しむという私達の日常の行為では、香りの認識と、分かれており、特に 1 次嗅覚野の外腹側部では、香り分この香りを過去の記憶と照らし合わせるという脳の機能子の炭素骨格の形状に応じて複数のクラスターが形成さが大きな役割を担っている。

れていることを明らかにした。すなわち、1 次嗅覚野

では私たちは、どのような脳神経メカニズムでこの香り感覚の認識、記憶を実現しているのだろうか？

は、香り分子の持つ化学官能基の構造ごとに香り情報を分類・仕分けを行っていることを発見した 1 5, 7）。
–

脳の香り認識機構を明らかにすることは、食をはじめとす

さらに、理化学研究所の谷藤研究室との共同研究におる、香りの感覚が支える私たちの様々な生活の向上と、いて、網膜検査で広く使われている光トモグラフィー法

嗅覚の障害によって失われうる生活を改善するためへを 1 次嗅覚野に応用し、上の研究で得られた光学信号がの、欠かすことのできない第一歩である。

1 次嗅覚野（嗅球）の糸球構造に由来することを明らかにした 9, 10）。

香り感覚を司る脳神経メカニズムの研究は、1991 年の Buck, Axel らによる嗅覚受容体の発見により端緒が【研究 2】開かれた。彼らを中心とした分子生物学的手法を用いた研究により、鼻の粘膜である嗅上皮から、脳の 1 次嗅覚

香りの情報は 1 次嗅覚野（嗅球）から軸索を伸ばす神野（嗅球）まで、香り情報がどのように運ばれるかが経細胞によって、2 次嗅覚野（嗅皮質）へと運ばれる。

2000 年代初めまでに明らかになった。しかし、末梢かしかし、2 次嗅覚野は多数の脳領域から成る複合体であら運ばれた香り情報が、実際に脳の中でどのように処理り、どの香り情報がどの領域へと運ばれるのかは明らかされ、私たちの香りの感覚を作り出しているのかについになっていなかった。香りの認識・記憶を担うと考えらては、ほとんど明らかになっていなかった。

れる 2 次嗅覚野の役割を理解するためには、1 次嗅覚野

私は 2001 年より香り感覚の研究を開始し、生体が実（嗅球）から 2 次嗅覚野（嗅皮質）へ情報がどのように際に香りを嗅いだときに脳がどのような神経活動が起こ運ばれるのかを理解することが必須であった。

るのかを、香り情報を処理する脳の部位である 1 次嗅覚

東京大学・森憲作研究室の大学院生・ポスドク期間の野（嗅球）と 2 次嗅覚野（嗅皮質）、さらに香りを記憶研究において私は、この問題を明らかにするため、生理する嗅内皮質・海馬までの脳領域において明らかにして学と解剖学を組み合わせた手法を開発し、研究を行っきた。香りを嗅いだ際の脳の神経細胞のスパイク活動をた。この手法は、傍細胞電気生理記録法を用いて神経細直接記録するため、実験動物としてヒトとよく似た脳構胞のスパイク活動を記録する際に、高濃度のトレーサー造を持つ齧歯類（ラット・マウス）を用い、動物が香り分子を電気穿孔法により細胞に注入し、単一細胞を可視を嗅いだ際、もしくは香りを用いた記憶タスクを実行し化する方法である。その結果、① 1 次嗅覚野（嗅球）にている際の脳活動を、電気生理学および光学イメージンは、香り情報を早く伝える細胞群と、少し遅れて伝えるグ法を用いて記録を行った。

細胞群が別々に存在し、これらはそれぞれ房飾細胞と、僧帽細胞と呼ばれる解剖学的に異なるクラスの細胞群であること、②この二種類の細胞群が、2 次嗅覚野（嗅皮質）の領域のなかでも全く別々の領域に情報を送ること、2

食の感覚を支える脳の香り認識・記憶機構の研究が明らかになった。すなわち、香り情報は 1 次嗅覚野でした 15, 17, 18）。

異なる側面に分解され、二つの経路によって 2 次嗅覚野

【研究 1】の結果は、神経科学の最もスタンダードなの異なる部位に送られることを明らかにした6, 11, 12）。遅教科書である「Principles of Neural Science」に紹介さい香り情報を担う僧帽細胞は、以前より、房飾細胞よりれた。【研究 2】の主要成果である文献 11 は、現在ホッも精度の高い香り情報を処理することが知られていた。

トな研究分野である 2 次嗅覚野の研究論文の必須引用論

私たちは香りを感じるとき、まずその香りがあること自文となっている。

体に気がつき、次により詳細に嗅ぐことで香りを判別す
将来への展望るが、本研究の結果から、脳には、やや精度が低くても香りが「存在する」ことを取り急ぎ知らせる経路と、少香り感覚の生理メカニズムを明らかにした本研究を元し遅れて精度の高い香り情報を時間をかけて処理する経に、基礎医学（神経科学）の分野のみならず、香りの感路とが、別々に存在することが明らかになった。

覚の支える様々な分野において、今後の研究を発展させていきたいと考えている。

さらに、トランスジェニックマウスを用いた光学イメージング法を用いた研究から、2 次嗅覚野の香り応答

食品科学においては、どのような香りが消費者に好まを直接記録することで、2 次嗅覚野では誘因・忌避の香れ、どのような香りが潜在的に好まれないのかを知るこ

10）とは、大変重要である。快い香りを処理する脳領域と、り情報が別々に処理されていることも明らかになった 。

不快な香りを処理する脳領域を今後解析することによ【研究 3】

り、香りの快・不快がどのように決まるのか、香りの2 次嗅覚野（嗅皮質）にて処理された信号は、さらに快・不快が生得的にどの程度決まっており、生まれた後高次の嗅内皮質へと運ばれ処理されたのち、記憶の中枢の環境でどの程度変化するものなのかを、予測することである海馬へと送られる。これらの部位でどのような生が可能になると考えられる。

理メカニズムによって香り情報が記憶されているのか

また、臨床面においては、本研究の結果は、疾患におは、これまで全く不明であった。これを明らかにするたける嗅覚機能の脱落の治療に寄与するものと考えられめ、 私 は 嗅 内 皮 質・ 海 馬 研 究 をリードし て い たノルる。アルツハイマー病やパーキンソン病では、初期段階

ウェー科学技術大学の Edvard Moser・May-Britt Moser

において嗅覚機能の脱落が多くの患者に見られ、2 次嗅両教授の研究室へ研究員として赴任し、研究を行った。

覚野および嗅内皮質において顕著な神経細胞脱落が見ら

本研究の一部は 2013 年の三島海雲学術研究奨励金の補助れる。このような香り機能の脱落がどのようにして生じにより遂行された。

るのか、どのように予防可能かを明らかにする研究に今後発展させていきたいと考えている。

まず、ラットが学習可能な香りと場所を連合して記憶させる学習タスクの開発を行った。この香り・場所連合

謝学習をラットに記憶させ、タスク遂行中の動物の嗅内皮辞質と海馬から同時に、電気生理学的手法を用いてスパイ本研究を支援してくださった公益財団法人三島海雲記

ク信号と脳波を記録した。その結果、①嗅内皮質と海馬念財団、また、これまで支えてくださった先生がた、同CA1 領域が、20–40 Hz の脳波同期によって情報の交換僚、友人、家族に感謝いたします。

効率を高めること、②この情報交換効率の上昇にとも文なって海馬と嗅内皮質に記憶を支えるスパイク活動が形成されることを発見した

13, 14, 16）。これらの結果はすな

献1） K. M. Igarashi, K. Mori: Spatial representation ofhydrocarbon odorants in the ventrolateral zones of therat olfactory bulb.
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4） 五十嵐 啓・吉田郁恵・森 憲作：脳における匂い感覚

わち、香り記憶は脳の個別の領域が脳波同期によって情報交換を高めることによって形成されていることを示している。またこの結果は Moser 両教授らのこれまでの嗅内皮質における研究と共に、2014 年の両教授のノーベル医学・生理学賞受賞に微力ながら貢献した。
さらに、海馬 CA1, CA2, CA3 の異なる領域における記憶様式の違いを、電気生理学的手法を用いて明らかに
3

五十嵐啓

201111） K. M. Igarashi, N. Ieki, M. An, Y. Yamaguchi, S.
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Moser: Topography of Place Maps along the CA3-toCA2 Axis of the Hippocampus.
, 87, 1078–1092,201516） K. M. Igarashi: Plasticity in oscillatory coupling
between hippocampus and cortex.
, 35, 163–168, 201517） 五十嵐 啓：場所細胞・グリッド細胞はどのように記憶を形成するのか？ 実験医学，34（11）,1737–1741, 201618） K. M. Igarashi: Entorhinal map of space.
, 1637, 177–1787, 2016

著者紹介五十嵐啓（イガラシケイ）1978 年 神奈川県生まれ
2001 年 3 月 東京大学理学部生物化学科卒
2003 年 3 月 東京大学大学院 医学系研究科修士課程修了
2007 年 3 月 東京大学大学院 医学系研究科博士課程修了
2007 年 3 月 博士（医学）の学位取得（東京大学）
2007 年 4 月–2009 年 4 月 理化学研究所脳科学総合研究センター 谷藤研究室学振研究員（PD）
2009 年 4 月–2013 年 9 月 ノルウェー科学技術大学 Edvard & May-Britt Moser 研究室 博士研究員
2013 年 10 月–2015 年 12 月 ノルウェー科学技術大学 Edvard & May-Britt Moser 研究室 助教
2016 年 2 月–現在 カルフォルニア大学アーバイン校医学部 神経科学・解剖学科 助教授〈研究テーマと抱負等〉
香り感覚（嗅覚）がどのように記憶されるかを、解剖学と生理学を用いて明らかにすることをメインテーマに研究を行っている。将来的には、香りの快・不快がどのように決まるのか、アルツハイマー病において香り機能の脱落がどのようにして生じるのかを明らかにしたいと考えている。
〈趣味〉登山、スキー

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