「馴化・脱馴化」の版間の差分

馴化または馴れとは、軟体動物アメフラシの示す防御反射が、非侵害的な刺激の繰り返しによって低下する現象。脱馴化または脱馴れとは、いったん馴化を示した防御反射が、侵害的な刺激の負荷によって再び現れる現象。記憶・学習の研究史において、学習の祖型(プロトタイプ)とみなされて細胞レベルの解明が進み、一つの画期をもたらした。

[[image:馴化・脱馴化1.png|thumb|300px|'''図1．アメフラシ鰓引き込み反射（GWR）の馴化・脱馴化の実験系（小倉原図）'''<br>左：実験の準備。アメフラシの仮足と外套を糸で牽引し、鰓を露出させる。鰓の下に光センサを置く。右：行動記録。水管や仮足などに非侵害的な刺激（水流）を与えると、GWRが起きる。鰓が収縮すると光センサが受ける光量が増し、センサの出力が増す。非侵害刺激を繰り返すとGWRは弱化する（馴化）。馴化したあと、頭部などに侵害刺激（刺突）を与えると馴化は解除され、その後、非侵害指摘に対してもGWRの強化状態が続く（脱馴化）。]]

[[image:馴化・脱馴化2.png|thumb|300px|'''図2．アメフラシ鰓引き込み反射（GWR）の調節に関わる神経回路（小倉原図）'''<br>腹部神経節には、鰓牽引筋を支配する運動ニューロン(MN)、これを起動する触覚ニューロン(TS)、TS-MN間シナプスを調節する抑制性介在ニューロン(II)および興奮性介在ニューロン(EI)、EIを起動する侵害感覚ニューロン(NS)などがある。仮足、外套、水管などへの非侵害刺激は、当初はTS-MN間シナプスを介してGWRを起こすが、繰り返しによってIIによる抑制が強まり、GWRは弱化する（馴化）。しかし、侵害刺激でNSが活動すると、EIの活動を介してGWRは再強化される（脱馴化）。]]

　軟体[[動物]]アメフラシ (Aplysia [[SP|sp]].*1) は、温帯域の潮だまり(タイド・プール)に生息する動物で、無刺激時、水管から水を[[取り入れ]]、鰓(えら)を広げて呼吸しているが、体表（水管や仮足）に刺激を受けると、水管や鰓をすばやく外套腔内に引き込む防御反射を示す。これを水管引き込み反射（siphon withdrawal reflex; SWR）や鰓引き込み反射 (gill withdrawal reflex; GWR) とよぶ。

　しかし、周期的に打ち寄せる波のように、刺激が非侵害的で一定間隔で反復されるようなものであると、しだいに防御反射は弱化し、やがてほとんど示されなくなる（図1）。この現象を馴化（habituation）とよぶ*2。[[ヒト]]の行動について日常用語でいう「馴れ」と行動表現上似ているため、この現象も「馴れ（慣れ）」の語でよぶ研究者も多いが、機構的にも相同かどうかはわからないので、本稿ではあえて別語を用いる。

　アメフラシの神経系は、1920年代から仏ミシェル・パシャ海洋研究所 (L’Institut de Biologie Marine Michel Pacha) のAngelique Arvanitaki (1901-1983) らによって、解剖学的・生理学的に詳しく研究されており、腹部[[神経節]]のいくつかの大型ニューロンについての同定（個体の別を問わず、同じ位置に同じ性質・機能をもつ細胞があると確認され、名づけが行われること）もなされていた*3。また、パリのマレイ研究所 (L’Institut Marey de Paris) のLadislav Tauc (1926-1999) によってGWRにかかわる神経回路の同定もなされていた*4。

　1962年、米ニューヨーク大学の研修医Eric Richard Kandel (1929-) はパリにTaucを訪ねてアメフラシの生理学研究技術を学び、以後ニューヨーク大学、コロンビア大学においてこれを発展させて、馴化、および後述の脱馴化の機構を分子レベルにまで掘り下げた。その業績によりKandelは2000年度のノーベル医学・生理学賞を受賞した*5。

　馴化は、このシナプスで、反復刺激による伝達の弱化として起こる。L7から細胞内記録を行いながら、体表への非侵害的刺激（水の吹きかけ）を行うとEPSPが記録されるが、反復によって次第に振幅は縮小する。また、TSの電気刺激によるL7の誘発EPSPも、反復によって縮小する*2。TSの細胞内記録を行うと、パルス刺激によって誘発されるTSの活動電位は、[[CA2|Ca2]]+依存性のプラトー相の持続時間が反復刺激によってしだいに短縮していく。TSの細胞体での現象がボタンでも同様に起こっているとするなら、これによって伝達物質放出の漸減を説明できる。一方、L7への伝達物質直接投与による誘発脱分極の振幅は変わらない*6。

　TS活動電位のプラトー相の持続時間は、[[Kチャネル]]の活性によって決まるから、Kチャネルの活性化が起きていると考えられる*7。

　非侵害刺激によるSWRやGWRの縮小は、刺激を中止すると効果は数時間内に消えてしまう。しかし、適当な間隔をおきながら馴化訓練を繰り返すと、持続時間は次第に延長する*8。このとき電子顕微鏡観察すると、感覚ニューロンのボタンの放出帯（active zone）の長さや vesicle数が減少していた*9。そうした個々のボタンでの調節に加えて、ボタン数自体の減少も見出された*10。また、短期の馴化が感覚ニューロン（[[シナプス前]]細胞）側のみの変化であるのに対し、長期馴化には運動ニューロン（シナプス後細胞）側の変化もみられた*11。これらの変化は、単独でも伝達の減弱を説明できるので、そのうちのいずれが正しいのか、いずれもそれぞれ正しいのかは、決着していない。

　上述のように、TSの活動電位短縮は細胞体での観測結果であり、[[シナプス前部]]位（軸索膨大部(ボタン)）で同じ現象が起きている保証はない。これは1980年代にはかなり「痛い」指摘で、真正面から答えるのは現在でも難しいが（[[パッチクランプ法]]では、電極内液＝細胞内液の組成は実験者が決めるので、結果も解釈も実験者に依存してしまう）、たとえばCaイメージングによって、活動電位に伴うボタン内Ca2+濃度上昇の規模が縮小していることが確かめられた*12ことなどから、おそらく正しいものと考えられている。

　活性化するKチャネルの本体がどの種のKチャネルかは、未確定である。後述の脱馴化がS型Kチャネル（の不活性化）によることから、馴化がS型Kチャネル（の活性化）によっているなら、シナリオが一続きになって好都合で、それを主張する報告はある*13。しかし、伝達物質放出の減少には、Kチャネル活性化による活動電位の短縮より、むしろ電位依存性[[Caチャネル]]の不活性化によるCa2+流入の減少によるところが大きいという見解も有力である*14。もしそうなら、馴化と脱馴化は、機能的には鏡像的でも、機構的には鏡像的ではないことになる。

　調節の標的がCaチャネルであれKチャネルであれ、その調節機構についても不明な部分が残されている。現象生起の時間経過からは、Ca2+などの細胞内リガンドによる速い調節よりも、リン酸化・脱リン酸化を含むタンパク修飾による、遅い調節の可能性が高い。すると、その調節装置を活性化する信号は何かが問題になる。腹部神経節にはFMRFアミド（[[神経ペプチド]]）を含む[[抑制性]]介在ニューロンが含まれている。FMRFアミドを運動ニューロンに投与すると、[[ホスホリパーゼ]]A2の活性化とアラキドン酸の生成が起こる。アラキドン酸ないしその代謝物は、[[逆行性伝達物質]]としてシナプス後細胞からシナプス前細胞に達し、Caチャネル、Kチャネルを調節するという見解があり*12、一定の支持をえている。

　非侵害的刺激の反復によってGWRが馴化したあと、侵害的な刺激（たとえば頭部への刺突、電撃など）を加えると、GWRは再び増大する*2。これを馴化の解除とみて「脱馴化」または「脱・慣れ」（dishabituation）とよぶ（図1）。

　馴化は入力刺激特異的だが（GWRを水管刺激に馴化させても仮足刺激には馴化しない）、脱馴化は非特異的である。また、侵害刺激はあらかじめ馴化していないナイーブ個体のGWRも（SWRも）強化する。そこで、鋭敏化（sensitization）という表現もなされる。しかし、馴化した反射の再強化である脱馴化と、非特異的な防御反射の強化である鋭敏化とは、定義上異なるだけでなく、機構的にも異なる可能性がある*15。

　詳述すると、ボタン膜上の[[セロトニン受容体]]はGタンパク共役型で、セロトニンの結合でアデニル酸シクラーゼ（AC）を活性化し、ボタン細胞質で[[ATP]]を環状AMP（[[cAMP]]）に変換する。cAMP濃度の上昇は、cAMP依存性蛋[[白質]]キナーゼ（[[PKA]]）を活性化し、PKAはKチャネルの一種をリン酸化して不活性化する（セロトニンで調節されるという意味でS型Kチャネルとよぶ）*16。Kチャネルは、活動電位の終了に関わるので、その不活性化はボタン膜活動電位のプラトー相を延長し、その結果伝達物質の放出量は増して、鰓牽引筋運動ニューロンのEPSPは増大・延長する。

　この脱馴化も、1回では短期可塑性にとどまる。しかし馴化の場合と同様、これを繰り返すことで、持続時間が漸増する。つまり、長期化が起こる*17。これにも、前述の長期馴化の場合と同様、各ボタンレベルの変化（小胞の増加、放出帯の延長）*9と、ボタン数自体の変化（増加）*10が提唱されている。構造変化であれば、当然ながらタンパク合成に依存し、骨格分子*18、[[接着分子]]*19などの合成が伴うはずで、そうした報告もある。しかし、これらが長期化の原因か結果かと問うならば、むしろ結果であろう。原因分子の特定は難しい。短期の脱馴化の機構（cAMP、PKA、[[CREB]] [PKAによるリン酸化で活性化する[[転写因子]]]）との分離が難しいためである。

　[[哺乳類]]の記憶の長期化（固定）に繰り返しが重要なことは、日常の体験からも知れるが、この繰り返しの意義についても未解明な点が多い。アメフラシの長期脱馴化で最近、1回目の脱馴化刺激時と2回目の脱馴化刺激時では、細胞応答が異なるという報告がなされた*20。哺乳類脳における繰り返し依存的な構造可塑性*21との異同に関心がもたれる。

　動物の記憶を、「経験による行動の変化」と定義するなら、馴化・脱馴化も記憶の範疇に入る。しかし、アメフラシのGWRは、腹部神経節内に生得的に（つまり事前に）組み込まれていた「馴化した状態」と「脱馴化した状態」の2状態間の切替えとみることもできる。アメフラシのGWRとほぼ同時期に解析されたDaniel L. Alkonらのミノウミ[[ウシ]]走光性抑制反応*22も同様で、ウミウシが生得的に備えている2つの行動パターン間の切替えであった。