この入門ガイドを手に、神経科学の魅力的な世界への旅に出かけましょう。脳の機能の基礎、重要な概念、そして神経系に対する理解を深める基礎的な研究手法について学びましょう。

神経科学入門

神経科学とは、脳を研究する学問です。脳は、おそらく現存する中で最も複雑で精巧なシステムであり、私たちの意識的な体験のほぼあらゆる側面を処理し、生み出しています。脳は単なる体の一器官ではありません。私たちそのものが脳なのです。つまり、脳は非常に重要な存在だということです。

長年にわたり、神経科学者たちは脳をより深く理解し、ひいては自分自身をより深く理解するために、脳の複雑さを解明し、その奥深さを解き明かそうとしてきた。

現代の神経科学は、19世紀末のニューロンの発見（これについては後述）を端緒として始まったが、脳に関する最初の記録された研究は、古代エジプトの象形文字にまで遡ることができる。当時の医師が頭部外傷の一覧を記録し、考えられる治療法を列挙するとともに、「脳」を表す言葉の最初の例を作り出したのである。

「脳」という概念から「ニューロン」という概念に至るまでには時間がかかりましたが、それ以降、知識の進歩はより急速かつ頻繁なものとなっています。以下では、現代の神経科学の主要な構成要素について解説します。

神経科学とは、具体的にはどのようなものなのでしょうか？

神経科学は、医学、進化生物学、計算科学といった分野が融合した学問であり、人間の脳にある約850億個以上の神経細胞がどのように生まれ、成長し、相互に接続して人間の思考や行動を形成するのかについて、より深い理解をもたらしています。

脳に関する基本知識

脳はいくつかの独立した部分から構成されています。特に、大脳、脳幹、小脳が挙げられます。大脳は、左右の半球にまたがる6つの領域から成っています。これらの領域のうち4つ（前頭葉、頭頂葉、後頭葉、側頭葉）は、脳の外観（上の画像参照）から確認できます。残りの2つの領域、すなわち辺縁系と島皮質は、大脳内部に位置しています。

大脳の最外層は皮質（新皮質とも呼ばれる）と呼ばれます。ここには、脳のすべての葉を覆う神経細胞の層があり、その厚さはおよそ1.5～3mmです。

ニューロンは脳における主要な情報伝達者であり、ある領域から別の領域へ信号を送り、最終的に行動を引き起こしたり、記憶をコード化・想起させたり、さらには「生きている」という体験を生み出したりする役割を担っています。ニューロンは、大脳皮質や、辺縁系および島皮質内の各領域に密集して存在しています。ニューロンがメッセージを送信する一方で、グリア細胞と呼ばれるさまざまな他の細胞が、この情報伝達を支え、円滑にする役割を果たしています。

脳の中で最も重要かつ研究が進んでいる部位には、次のようなものがあります：

前頭前皮質（前頭葉の最前部に位置する）は、注意力、意思決定、複雑な行動の計画、社会的行動の制御など、さまざまな認知機能に関与している。これは一般的に「実行機能」と呼ばれる。
脳の中央部（頭頂葉にあり、おおむね前頭葉の境界のすぐ内側）は、運動処理（触覚）と運動協調（動作）の両方に関与しています。これらのプロセスに関与する脳領域はこれだけではありませんが、この領域が中心的な役割を果たしています。
後頭葉皮質は知覚に関与しており、多くの異なる層から構成されており、それぞれの層が、視覚的に外界を認識する際に重要な役割を果たす異なる要素を処理しています。
側頭葉は、言語機能との関連性についてよく議論される。脳の左側には、それぞれ言語の理解と言語の生成に関与するウェルニッケ野とブローカ野がある（実際にはこれよりも少し複雑だが、大まかな概念としては正しい）。
脳内には、他にも注目すべき領域がいくつかあり、それには大脳基底核（行動の選択に関与する一連の領域）、海馬（記憶の処理に関与する）、および扁桃体（恐怖の処理に関与する）などが含まれる。

脳には他にも、観察の仕方次第でますます特化しているように見える、重要かつ興味深い領域が数多く存在します（例えば、「祖母／ジェニファー・アニストン」ニューロンなど）。しかし、それらを一つひとつ解説するのは、本稿の範疇を超えています。重要なのは、それぞれの行動がどこから生じているように見えるかということではなく、どの行動も脳の複数の要素によって駆動されているという点です。思考も行動も、孤立した存在ではないのです。

神経科学の分野

神経科学には、計算神経科学、薬理学神経科学、分子神経科学など、多岐にわたる分野があり、その範囲はさらに広がっています。以下では、その中でも特に代表的な2つの分野、すなわち認知神経科学と行動神経科学について解説します。

認知神経科学

認知神経科学は、認知や精神過程の根底にある生物学的基盤の科学的研究を扱う学問であり、心理的・認知的機能が脳内の神経活動にどのように反映されるかといった問題に取り組んでいる。

認知神経科学者が一般的に用いるデータ収集手法には、機能的脳画像法（fMRI、PET）、脳波検査（EEG）、行動遺伝学、および病変研究がある。

行動神経科学

対照的に、行動神経科学（生体心理学とも呼ばれる）は、神経系が注意力、知覚、動機付け、パフォーマンス、学習、記憶に与える影響、およびそれらが人間の行動にどのように現れるかを扱う。行動神経科学の研究は、実環境または模擬環境における脳と行動の相互作用に焦点を当てている。

「神経心理学とは？」をご覧ください

神経系と脳

身体は、脳、脊髄、内臓、四肢の間で情報をやり取りする、細胞と神経からなる複雑なネットワークを通じて脳とつながっています。
脳と脊髄は、感覚器や運動器から入ってくるあらゆる情報を統合し、身体の活動を調節するため、中枢神経系（CNS）と見なされています。

対照的に、末梢神経系（PNS）は体性神経系と自律神経系から成り、骨格筋の随意運動の制御に加え、心拍数、消化、呼吸、瞳孔反応、排尿、性的興奮といった身体機能の不随意な調節を担っている。

続きを読む：交感神経系と副交感神経系の基礎知識

PNSはCNSとは異なるシステムですが、両者の間には多くの相互作用が存在します。したがって、一方のシステムの働きを研究することは、もう一方のシステムについて理解を深める上で有益です。

神経科学の基礎概念

神経科学学会によると、以下の「神経科学の核心概念」は、この魅力的な学問分野における基本的な原理である：

脳は、人体の中で最も複雑な器官です。
ニューロンは、電気信号と化学信号の両方を使って情報伝達を行います。
遺伝的に決定された回路は、神経系の基礎をなしている。
人生経験は神経系に変化をもたらす。
知性は、脳が推論し、計画を立て、問題を解決する過程で生じる。
脳のおかげで、私たちは言語を通じて知識を伝え合うことができるのです。
人間の脳は、世界がどのように機能しているのかを理解したいという自然な好奇心を私たちに与えてくれます。
基礎的な発見は、健康的な生活と病気の治療を促進する。

神経科学が応用されている主要な研究分野

神経科学の応用は、さまざまな研究分野で大きく拡大しています。『Frontiers in Neuroscience』によると、主要な研究分野トップ10は以下の通りです：

精神医学
生理学
行動科学
薬理学、薬学
生化学、分子生物学
心理学　内分泌学、代謝
放射線科、核医学、医療画像診断
眼科
動物学
免疫学
老年医学、老年学

とはいえ、神経科学がUX、人間と機械の相互作用、消費者行動、ニューロマーケティングといった分野において、商業的な応用で影響を与えていないというわけではない。競争優位性を獲得するために、神経科学の力を活用する商業的な活用事例がますます増えている。

詳細はこちら：消費者神経科学［概要と事例］　消費者行動の理解

要約すると、神経科学は、思考や行動が完了する前、最中、そして完了後のいずれにおいても、脳の働きや機能に関するあらゆる疑問に取り組んでいる。

世界中の神経科学者たちは、より信頼性が高く妥当性のある研究手法と併せて、脳の構造や機能に関する理解と知識を深めるべく、絶えず努力を重ねています。その究極の目標は、私たちが何者であるかをより深く理解すると同時に、アルツハイマー病やパーキンソン病といった脳疾患を軽減、抑制、あるいは治癒するための新たな技術や治療法を、医療および医学分野が開発できるようにすることにあります。

今日、かつてないほど多くの神経科学の研究が行われているものの、人間の脳が実際にどのような能力を秘めているのか、その全貌を解明するには、まだ始まったばかりである。

iMotionsでは、人間の神経系の驚くべき複雑さを解明し、現在および将来の研究課題への答えを見出すお手伝いをするため、多次元的な行動および認知バイオシグナルを収集するためのフレームワークを提供しています。最高の神経科学ソフトウェアはこちらでご覧ください。

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