シナプス刈り込み

 職務上、最近から(乳幼児)発達心理学に関する書籍を読み始めました。

 発達心理学認知科学寄りの科学なので、乳幼児には大きな関心は実はなかったのですが、もともと認知神経科学には知識はないけど関心はあったので、興味深いです。

 ただ、発達心理学そのものも、認知科学脳科学の知識がなさすぎてなかなか覚えられなくて困っている状況なので、ブログに気になったことだけでもメモしていくと良いかなと思い、このブログの存在を思い出しました。

 そんな中、最近読んだ本で知り(聞いたことはあったがきちんと知った)面白いな、と思ったことに「シナプス刈り込み」という脳科学の概念があります。

シナプス刈り込みとは、必要なシナプス結合だけが強められ、不要なシナプス結合は除去される現象である。発生、発達期の動物の脳内ではある段階になると神経結合(シナプス)が形成され始める。生後間もない時期の動物の脳では、過剰にシナプスが形成され、その密度は成熟動物でみられるよりもずっと高い。生後の発達過程において、このうち必要な結合だけが強められ、不要な結合は除去されて、成熟した機能的な神経回路が完成する。この過程は「シナプス刈り込み」と呼ばれており、生後発達期の神経回路に見られる普遍的な現象であると考えられている

シナプス刈り込み - 脳科学辞典

 この定義もなんとなく分かりやすいですが、これを知ったきっかけのその本、森口祐介先生の『おさなごころを科学する』の中では、乳幼児の脳発達についての章の中で、分かりやすく且つ具体的な研究例も引きつつ、説明されていました。

出生時において大まかな脳内の配線はできています。(…)出生後に脳内のネットワークはその複雑さを急激に増します。ニューロン樹状突起は(…)顕著な発達的変化を見せます。この樹状突起の変化がシナプスの変化につながります。

(…)ニューロン同士はシナプスを介してつながっていますが、このシナプスの密度が出生直後に急激に増えます。つまり、広範なニューロンのネットワークを作っているのです。

 そして、ハッテンロッカー博士という研究者が死後の乳幼児・成人のシナプス密度を数え上げ、

(1)シナプス密度は出生後すさまじい割合で増大し、一次視覚野という領域では生後8ヶ月でピークを迎える、生後8ヶ月の時点の密度は大人の1.5〜2倍であること、

(2)シナプス密度は徐々に減っていき、10歳を超える頃には大人と同じ水準になる、という発見をしたことを挙げたうえで、

つまり、乳児の視覚野では、最初は様々なニューロンの間につながりを作ります。そして、生後8ヶ月を超えるあたりから、それらのつながりのうち、一部は残り、一部は消えていくのです。

 とまとめ(「一部は残り、一部は消えていく」=刈り込み)

このように、多数あったシナプスのうち必要なものだけに刈り込まれていくことを、シナプスの刈り込みと言います。

 と説明します。

 この刈り込みにとって重要なのが、経験や脳の自発活動*1だそうです。

 この経験とは「使われるシナプスは残りますが、使われないシナプスは消えて」いくことだそうで、これは具体的には

たとえばニューロンAがニューロンBとニューロンCとの間にシナプスを形成しているとします。生後の経験によって、ニューロンAとニューロンBが同時に活動することがあり、ニューロンAとニューロンCは同時に活動することがないとします。このとき、ニューロンAとニューロンBのつながりは強化されますが、ニューロンAとニューロンCのつながりは強化されません。このことを繰り返すと、前者のシナプスは残り、後者のシナプスはなくなります。このようなメカニズムで、生後の経験により、必要な脳内ネットワークは残され、不要なネットワークは刈り込まれ、情報伝達効率の良い脳内ネットワークが経験されていくのです。 

 と、かなり分かりやすい説明がされています。

 また、ハッテンロッカー博士は一次視覚野についての説明でしたが、この刈り込みの発達のタイミングは脳の領域により異なるそうです。

 例えば、感覚器から入ってきた情報が早い段階で届けられる脳内領域は刈り込みのタイミングが早く、反対に前頭前野のように届けられるのが遅く複雑な機能と関連するような領域の刈り込みのタイミングは遅い。

 そして、こうした刈り込みの例として、言語音知覚や顔認識などについての研究が触れられて説明されています。それを簡単にまとめると、

(1)言語音知覚の刈り込み:日本人は英語のLとRの弁別が苦手だが、乳児は日本人であっても区別できる。乳児は生後半年まではどの言語も初和音を音声カテゴリーによって弁別することができ、生後1年で環境で耳にする言葉以外の弁別が出来なくなる。乳児は広範なネットワークを作り、どの言語にも対応できるようにしておき、特定の言語に適合するよう「刈り込んでいく」。

(2)顔認識の刈り込み:顔認識は馴染みあるカテゴリーには強いが、馴染みのないカテゴリーには弱い=外国人の顔は弁別しづらいが、日本人なら弁別しやすい。ある研究では、生後3ヶ月では5種類中全人種の弁別が可能で、6ヶ月では2つの人種の弁別が可能で、9ヶ月では全人種弁別できなかった。→様々な顔弁別ができる状態から、自分の属する人種の顔を見る経験を積み重ねることから自分の属する人種に対して特化していくように「刈り込んでいく」。

 と、いうような感じです。

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 こうした具体例を含めて説明されるとかなり分かりやすく、環境に適合して発達していくことが示されていて面白いです。

 ネットで軽く調べてみると、精神疾患発達障害とも絡めて論じられている記事も散見され、詳しく見ていないので不明ですが、面白そうなのでもう少し見ていきたいです。(なのでまたこれ以降も編集するかもしれません)

 大幅に引用させてもらった『おさなごころを科学する』ですが、この著者の森口先生は乳幼児の抑制機能や実行機能についてが専門の一つであり、以前幼児の実行機能について調べていた際に知った方でした。面白い記事をたくさん書いているので、本を買ってみたのですが、この『おさなごころを科学する』は、無学な私には一度では理解できないことも多かったですが、発達心理学の先端の知見を紹介しながらも、一つの読み物として成立させているという点でとてもおもしろかったです。

 ここから知った概念を調べたり、何度か読み直していきたいと思うとても良い本でした。

 

おさなごころを科学する: 進化する幼児観

おさなごころを科学する: 進化する幼児観

 

 

 

 

*1:脳の自発活動については本書の中では説明されていなかったので、後日調べます