1936年ノーベル生理学・医学賞 — デールとローヴィ
学ぶこと
この記事では、夢から着想を得て、神経インパルスがニューロン間の狭い隙間（シナプス）を伝わることを実証したオットー・ローヴィの研究について解説します。また、その化学物質を特定したヘンリー・デールの研究についても考察します。
ニューロン間の狭い隙間
1932年、シェリントンとエイドリアンはニューロンの活動原理を解明しましたが、未解決の大きな謎が残っていました。
ニューロン間でどのように信号が伝達されるのでしょうか？
ニューロン内の電気信号（活動電位）はすでに十分に理解されていました。問題は、ニューロンがその信号を次のニューロンに伝達する必要がある場合に生じます。ニューロンは直接接触していません。それらは非常に小さな空間、つまりシナプス間隙によって隔てられています。信号はどのようにこの隙間を越えるのでしょうか？
当時、科学界は2つのグループに分かれていました。
- 電気説: 電気電流が直接シナプス間隙を流れます。これは最も単純な仮説でした。
- 化学説: 最初のニューロンはシナプスで化学物質を放出し、次のニューロンがそれを受け取り、新しい電気信号を開始します。
この2つのグループは激しく対立していました。ある実験、それは夢の中で構想されたもので、この論争を決定的に解決しました。その後、その化学物質を正確に特定するのに、さらに20年かかりました。
時代背景 — ヨーロッパの瀬戸際、ソウルの栄光
1936年は、複数の潜在的な紛争が同時に勃発し、戦争へと向かう年でした。
7月、スペイン内戦がフランコ将軍によるクーデターと共にスペインで始まりました。この紛争は3年間続き、ナチス・ドイツとファシスト・イタリアがフランコを支援し、ソビエト連邦が共和政府を支援する代理戦争となりました。しばしば第二次世界大戦のリハーサルと呼ばれるこの戦争では、爆撃、化学兵、国際旅団が使用され、今後のグローバルな紛争の多くの要素を予見させました。
8月には、ベルリンオリンピックが開催されました。ヒトラーはこれを、ナチス・ドイツの力を示す政治的なイベントにしようとしました。オリンピック期間中、孫基涇（ソン・キジョン）はマラソンで金メダルを獲得しましたが、彼は当時日本統治下にあった朝鮮の選手であり、日本の旗の下で競技しました。その後、彼のメダル授賞式の写真から日本の旗が消去された**「日の丸旗削除事件」**が起こり、これが『朝鮮日報』紙の閉鎖につながりました。
ソビエト連邦では、大粛清が激化しました。スターリンは政治的反対者や潜在的な脅威の大量処刑を開始しました。この数年間で、ソビエト連邦の多くの知識人、軍人、科学者が処刑されたり、強制収容所（グラグ）に送られたりしました。ソビエトの科学コミュニティは大きな損失を被りましたが、生き残った人々は研究を続け、ソビエトの物理学と生物学の基礎を築きました。
ローヴィの故郷であるオーストリアは、ナチスからますます圧力を受けていました。2年後、アンシュルス（1938年）の際、ローヴィはユダヤ人としてゲシュタポに逮捕され、ノーベル賞の賞金は没収され、辛うじて米国に脱出することができました。この時点で、彼の研究はすでに危険な影に包まれていました。
韓国の歴史と併せて考えると、1936年は孫基涇の金メダルと日の丸旗の削除の年でした。ヨーロッパでは、神経信号がシナプスを介して化学的に伝達されるという発見がノーベル賞を受賞しました。韓国では、韓国人選手の勝利が外国の旗の強制的な表示によって損なわれ、抵抗の行為につながりました。それは、さまざまな種類の**「信号伝達」**が2つの異なるレベルで起こっていた時代でした。
人々の物語 — 夢からインスピレーションを得て
ローヴィ — カエル心臓実験
オットー・ローヴィは1873年にドイツのフランクフルトで生まれました。彼はユダヤ人でした。彼は長年、オーストリアのグラーツ大学で薬理学の教授を務めました。
彼の画期的な実験の起源は、文字通りの夢にあります。ローヴィ自身が、この話を何度か確認しました。
1921年3月31日の夜、ローヴィは実験のアイデアを持って突然夢から目覚め、それをすぐに紙に書き留めました。翌朝、彼は自分の筆跡を解読できないことに気づきました。次の夜、彼は再び同じ夢を見ましたが、今回は完全に目覚めて実験室に行きました。彼は午前3時に実験を開始し、数時間で完了しました。
実験は次のとおりでした。彼は2つのカエルの心臓を準備しました。1つは迷走神経が完全に、もう1つは神経が切断されていました。彼は2つの心臓をそれぞれリンガー液が入った容器に入れ、2つの溶液を接続しました。
次に、彼は最初の心臓の迷走神経を電気的に刺激しました。迷走神経の刺激は、心拍数を遅くすることが知られています。予想どおり、最初の心臓の心拍数は遅くなりました。驚くべきことに、神経が切断された2番目の心臓の心拍数も、数秒後に遅くなりました。
この結果の意味は明らかでした。最初の心臓の神経が刺激されると、神経はリンガー液に物質を放出し、その物質は2番目の心臓に移動し、心拍数を遅くしました。これは、神経が化学的に標的細胞に作用するという初めての経験的証拠でした。
彼はこの未知の物質を**「迷走神経物質（Vagusstoff）」**と名付けました。彼はそれが何であるかは正確にはわかりませんでしたが、その存在は確認されました。
デール — その物質の特定
ヘンリー・デールは1875年にイングランドのロンドンで生まれました。彼は薬理学者であり、ロンドンの医学研究国立研究所で働いていました。
ローヴィの1921年の実験よりもずっと前に、デールはアセチルコリンと呼ばれる化学物質を研究していました。1914年、彼はアセチルコリンがさまざまな組織に強力な生理学的効果をもたらすことを示しました。血管拡張、心拍数低下、筋肉収縮などです。
ローヴィの1921年の実験の後、2人の研究者の発見は自然に結びつきました。デールが特定したアセチルコリンの生理学的効果は、ローヴィの「迷走神経物質」の効果と完全に一致しました。20年間の共同研究により、迷走神経物質 = アセチルコリンであることが確認されました。
デールはその後、他の神経伝達物質（ノルアドレナリンやさまざまなアミンなど）の特定に重要な貢献をしました。**「デールの原理」**は、1つのニューロンが1つの神経伝達物質のみを放出するというもので（その後、部分的に修正されました）、彼の名前にちなんで名付けられました。
主要な成果 — シリアル化されたシナプスコミュニケーション
電気 → 化学 → 電気
2人の研究者は、ニューロン間の信号伝達の多層構造を確立しました。
- 電気信号（活動電位）がニューロンAに沿ってシナプスまで伝わります。
- シナプスでは、化学物質（アセチルコリンなど）が放出されます。
- その物質が狭いシナプス間隙を拡散します。
- ニューロンBの受容体に結合します。
- ニューロンBで新しい電気信号が開始されます。
この電気 → 化学 → 電気変換は、すべてのシナプスで発生します。
ここでは、CSの類似性が完全に当てはまります。これは、ネットワーク通信のシリアル化に似ています。
2台のコンピューターがインターネット上で通信する場合、何が起こるのでしょうか？
- コンピューターAのメモリ内のデータは、ビット/オブジェクトの形式で存在します。
- 伝送するために、データはシリアル化され、バイトストリームに変換されます。
- バイトストリームがネットワーク（ケーブル、ワイヤレス）を通過します。
- コンピューターBはデータをデシリアライズし、オブジェクトを復元します。
なぜこの多層変換が必要なのでしょうか？ 通信媒体（ネットワーク）が元のデータ形式を直接伝送できないためです。オブジェクトのままではケーブルを通過できません。ケーブルはバイトのみを伝送できます。
ニューロン間のシナプス間隙も同じです。電気信号はシナプス間隙を直接通過できません。2つのニューロンの細胞膜は絶縁体であり、隙間のイオン濃度は規制されており、直接電流の流れが制限されています。したがって、この媒体を通過するために、化学物質に変換されます。反対側で、電気信号に復元されます。
ただし、この類似性はここで破綻します。コンピューターのシリアル化では、プロトコルを明示的に設計し、元のデータを損失なく正確に復元します。しかし、神経の化学的伝達では、信号は単に伝達されるのではなく、さまざまな化学物質と受容体の組み合わせによって処理され、その強度が拡大、減少、またはフィルタリングされます。この化学層こそが、神経系の計算能力を生み出します。現在では、脳の計算の基本的な単位は、単一のニューロンではなく、単一のシナプスであると言われています。
なぜ化学なのか？
電気説の方が単純に見えたにもかかわらず、なぜ進化は化学的伝達を選択したのでしょうか？ 今日の答えは情報処理における柔軟性です。
神経系が純粋に電気的であれば、信号は単に伝達されるだけです。しかし、化学的シナプスははるかに柔軟性があります。
- さまざまな種類の信号を伝達するために、さまざまな神経伝達物質を使用できます。
- 受容体の数を調整して、**シナプス可塑性（長期増強）**を実現できます。
- さまざまな変調物質を使用して、信号をフィルタリング、抑制、または増幅できます。
この柔軟性こそが、私たちが学習し、記憶し、感情を経験できる脳を持つことを可能にします。純粋に電気的な神経系は、反射にとどまるだけですが、化学的シナプスは、継続的に再プログラムできる計算システムを作り出します。
なぜ重要なのか
デールとローヴィに授与されたノーベル賞は、今日でも3つの点で重要です。
薬理学レベル: すべての精神安定剤は、化学的シナプスを標的としています。抗うつ薬（セロトニン再取り込み阻害薬）、抗精神病薬（ドーパミン受容体遮断薬）、ベンゾジアゼピン（GABA受容体モジュレーター）、ADHD薬 — これらの薬はすべて、シナプスでの神経伝達物質のバランスを調整します。この薬理学の基礎は、彼らの発見によって築かれました。
毒物学と化学兵器レベル: **アセチルコリン系を標的とする神経ガス（サリン、VX）**は、アセチルコリンエステラーゼ（分解酵素）を阻害し、持続的な筋肉収縮と死を引き起こします。逆に、アルツハイマー病薬（ドネペジルなど）は、同じ酵素を部分的に阻害し、脳内のアセチルコリン活性を高めます。同じ標的ですが、目的は大きく異なります。
神経外科および麻酔学レベル: 神経筋遮断薬（手術中の筋肉弛緩に使用）は、アセチルコリン受容体の調節という原理に基づいています。
私たちが学べる教訓は、「時には、答えは夢の中に現れる。しかし、その夢を現実のものにする行為こそが、発見を生み出す」ということです。ローヴィは夢の中でアイデアを持ちましたが、他の人が同じ夢を見たとしても、翌朝には忘れてしまうかもしれません。彼は午前3時に実験室に行きました。実行は、アイデアよりもはるかに難しく、決定的なものです。この原理は、ソフトウェア開発や組織管理にも当てはまります。優れたアイデアを持つ人はたくさんいますが、それを午前3時に実行する人はほとんどいません。
あなたがこの文章を読んでいる間、あなたの脳の中の無数のシナプスがアセチルコリンや他の神経伝達物質を放出しています。このコミュニケーションの化学的基盤は、100年前にカエルの心臓を使った夢と数時間の実験によって明らかにされました。
化学的シナプス伝達の要約: ローヴィはカエルの心臓実験を通じて、神経が刺激されると化学物質を放出し、デールはその物質がアセチルコリンであることを特定することを示しました。この発見は、電気 → 化学 → 電気というシナプスコミュニケーションのモデルを確立し、20世紀の精神薬理学と神経疾患の治療の基礎となりました。
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