適切な種類の睡眠を十分にとることは、心身の健康を保つうえで欠かせません。
MITの研究チームは今、自然な睡眠パターンを生み出すことに一歩近づきました。
本日、 米国科学アカデミー紀要に掲載された論文で、研究者らは、マウスのニューロンに直接光を照射する技術を用いて、夢を見る睡眠とも呼ばれるレム睡眠（REM）の期間を誘発できた方法を説明しています。
睡眠は脳の回復と修復を助けるとともに、記憶の処理を可能にします。また、免疫系をはじめとする身体の各種システムが適切に機能するうえでも役立ちます。
自然な睡眠の各段階には、それぞれ異なる利点があると、チームを率いるMITの医療工学エドワード・フッド・タプリン教授、エメリー・ブラウン氏は述べます。げっ歯類を対象とした研究では、たとえばレム睡眠中に学習が起こることが示されています。一方、徐波睡眠（ノンレム睡眠の第3段階とも呼ばれます）は、休息してすっきりしたと感じるために最も重要です。
しかし、こうした健康上の利点が得られるのは、自然な睡眠、つまりノンレム睡眠とレム睡眠が90分ごとに交互に訪れる状態によってのみであり、この状態を誘発できる既存の薬はありません。
「薬がもたらすのは鎮静です」とブラウン氏は言います。「運がよければ、鎮静によって自然な睡眠の仕組みが働き始めます。」
目標：自然な睡眠を生み出す
自然な睡眠を生み出すより良い方法を開発するには、さまざまな睡眠段階をまず個別に、そして最終的には同時に、どこまで作り出せるのかを研究する必要があると、ブラウン氏は述べます。
コリン作動性細胞と呼ばれるニューロンは、覚醒中とレム睡眠中の両方で活動することが、これまでの研究で示されています。そう述べるのは、論文の筆頭著者であり、MIT脳・認知科学部に所属するブラウン研究グループの博士研究員、クリスタ・ヴァン・ドート氏です。「コリン作動性ニューロンがこの領域に関与することを示す初期の証拠は数多くありましたが、こうした特定の細胞の発火がレム睡眠への移行を担うかどうかを、実際に断定できる人はいませんでした」と同氏は言います。
コリン作動性ニューロンがレム睡眠を誘発できるかを調べるため、チームは、 オプトジェネティクスと呼ばれる技術を用いました。頭部に装着する光ファイバー装置で、特定のニューロン群に光を照射する技術です。
まず、藻類に含まれるタンパク質を使って、ニューロンを光に反応するようにします。このタンパク質は特定の波長の光に反応し、藻類が動き回れるようにすると、ヴァン・ドート氏は説明します。「2005年、スタンフォード大学の研究者らが、この藻類のタンパク質を哺乳類の細胞に導入できました」と同氏は言います。「特定の種類のニューロンにこのタンパク質を入れれば、光を照射してニューロンを活性化し、単一細胞レベルで脳の発火を制御できると分かったのです。」
ヴァン・ドート氏らは、この藻類のタンパク質をコリン作動性ニューロンに発現することが知られているマウスに、この技術を適用しました。「こうして、マウスを夢を見る睡眠へと移行させることができました」と同氏は言います。
ノンレム睡眠中にコリン作動性ニューロンを活性化すると、マウスが経験するレム睡眠の回数が増えることが分かりました。各期間を分析したところ、自然なレム睡眠の期間と非常によく一致していました。
自然な睡眠パターンの誘発に向けた一歩
この技術はレム睡眠を制御する仕組みの解明に役立ち、人間の自然な睡眠をどのように設計するかを理解するための一歩となると、ヴァン・ドート氏は述べます。不眠症の人が使用する既存の薬は、実際にはレム睡眠と、より深い段階のノンレム睡眠の両方を抑制し、代わりにごく浅い睡眠状態にします。「睡眠の各要素がどのように制御されているかを解明すれば、将来、さまざまな薬で自然な睡眠を再現する方法の設計に役立ちます」と同氏は言います。
その間にも、レム睡眠の回数だけを増やすことで、人々の学習や記憶を向上させられる可能性があると、ブラウン氏は述べます。
研究者らは現在、コリン作動系が、レム睡眠の産生に重要と特定された脳の他の領域とどのようにつながっているかを調べています。また、より良いノンレム睡眠の実現につながることを期待して、実験も開発中だとヴァン・ドート氏は述べます。
「長期的な目標は、ノンレム睡眠とレム睡眠の各段階を何が制御しているのかを本当に理解し、その両方を選択的に誘発して、睡眠段階が通常どおり循環する状態を再現することです」と同氏は言います。
レム睡眠のコリン作動性制御は長年論争の的となってきました。これまでの研究では、こうしたニューロンだけを選択的に活性化できなかったためです。そう述べるのは、ハーバード大学医学大学院の精神医学教授で、この研究には関与していないロバート・マッカーレイ氏です。「この先駆的な研究は、コリン作動性ニューロンの活動をオプトジェネティクスで制御し、レム睡眠の誘発が、神経伝達物質アセチルコリンを用いるコリン作動性ニューロンの活動を通じて起こることを示す証拠を提示しました」と同氏は言います。
「この研究で刺激的なのは、オプトジェネティクスを用いて数十年来の難問に新たな光を当てたことです。オプトジェネティクスを用いたレム睡眠の神経生理学に、新たな時代の到来を告げるものです」と同氏は言います。
本記事は、 MITニュースとの共同掲載です。掲載は、世界経済フォーラムによる見解への賛同を意味するものではありません。
フォーラムの最新情報を受け取るには： 週刊ニュースレターに登録してください。
著者：ヘレン・ナイトはMITニュースに記事を執筆しています
画像：国連全体会合の休憩中に休息する代表団。ロイター／エンリケ・カストロ＝メンディビル
