脳波記録と皮質スフェロイドを用いた精神病性障害における神経障害の解析

重篤な精神疾患の根本を覗く

統合失調症や双極性障害は思考や感情、日常生活に深刻な支障をきたしますが、これらの疾患を引き起こす生物学的な異常の全容はまだ明らかになっていません。本研究は二つの強力な手法――生体成人からの脳波記録と、同じ人の細胞から作製した小さな試験管内「ミニ脳」――を組み合わせ、脳細胞間の結合で何が誤るのか、そしてその問題がいかにして人生の早い段階で始まるかを探ります。

脳波が示す脆弱な結合

研究者らはまず、統合失調症または双極性障害の患者10名と健常ボランティア5名の頭皮から脳波（EEG）を記録しました。注目したのは長期増強様（LTP様）可塑性と呼ばれる応答で、これは繰り返しの視覚刺激に対して脳が応答を強化する能力を反映し、学習や記憶の基本要素です。患者群ではこの可塑性の持続が健常群よりも早く減衰し、回路が応答を“調整”して高める能力が低下していることを示唆しました。もう一つのEEG指標であるミスマッチネガティビティ（脳が自動的に音の小さな変化を検出する反応）は、本研究の小規模サンプルでは両群に差を示しませんでしたが、大規模研究ではしばしば低下が報告されています。これらの記録は総じて、精神病性疾患の一部の形態においてシナプスの適応が弱まっていることを示唆します。

皮膚細胞から育てるミニ脳

より深く調べるため、チームはヒト皮質スフェロイド、通称ミニ脳に取り組みました。各参加者の皮膚細胞を初期化して幹細胞に戻し、それを胎児の大脳皮質に似た三次元の脳組織の塊へと分化させました。これらのスフェロイドは主に興奮性ニューロンを含み、これらはグルタミン酸という化学伝達物質を使って互いに通信します。微小なガラス電極を用いて、研究者はこれらの細胞がどれだけ容易に電気信号を発火し、隣接細胞へ電流を伝えるかを測定しました。双極性障害由来のニューロンは発火により強い入力を必要とし、興奮性が低いことを示しました。一方、統合失調症由来のスフェロイドでは自発的な入力信号の強度が小さく、ネットワーク内での神経細胞間コミュニケーションに早期の変化があることを示唆しました。

低下したグルタミン酸輸送と疲れたエネルギー源

次にチームはミニ脳の主要タンパク質を染色しました。一つはVGLUT1と呼ばれ、シナプスで放出されるグルタミン酸を小胞に詰める役割を担います。統合失調症および双極性障害由来のスフェロイドは、対照と比べてVGLUT1を多く含む細胞が少なく、グルタミン酸を放出する機構に共通の欠陥があることを示しました。信号送出はエネルギーを多く消費するため、研究者らはスフェロイドの切片で酸素消費と酸生成を測り、細胞内の小さな発電所であるミトコンドリアも調べました。双極性障害由来のミニ脳、特にリチウムに反応しにくい患者のものは基礎酸素消費量が低く、ミトコンドリア活性の低下を示しました。一方、この小さなサンプルでは統合失調症由来のスフェロイドは比較的正常なエネルギー指標を示しました。

脳波と細胞のエネルギーを結び付ける

最後に、研究者らは同一人物から得たEEGの違いが、育てたミニ脳の違いと関連するかを検討しました。参加者間で、EEGでLTP様可塑性が強い人は、基礎的なミトコンドリア呼吸が高く、エネルギー産生が活発なミニ脳を持つ傾向がありました。さらにVGLUT1レベルが高いほど可塑性が良好であるという傾向も見られました。これらの傾向は多数の比較を考慮に入れると厳密な統計的有意水準には達しませんでしたが、健康なシナプス強化は堅固なミトコンドリア機能と正常なグルタミン酸処理に依存し、これらの関係は後に精神病を発症する人々の発生初期にすでに変化している可能性を支持します。

精神病理解への示唆

専門外の読者に向けた要点は、統合失調症や双極性障害のような重篤な精神疾患が、脳細胞の信号伝達やそのエネルギー供給に関する共通の、早期に生じる欠陥を共有している可能性があるということです。ミニ脳は、症状が出るずっと前に一部のニューロンがグルタミン酸をあまり放出せず、エネルギー供給が非効率になっているかもしれないことを示し、EEGは成人の脳が応答を微調整する能力が低下していることを示します。研究は小規模であり、培養された組織は成熟脳よりも発達中の脳に近いという限界がありますが、生体の脳記録と個別化されたミニ脳を組み合わせることで、精神病の根源を探る有望な窓が開かれ、やがてシナプス機能や細胞エネルギーを回復させるためのより標的化された治療につながる可能性があります。

引用: Reis de Assis, D., Pentz, A.B., Requena Osete, J. et al. Investigating neural impairments in psychotic disorders using electroencephalography and cortical spheroids. Transl Psychiatry 16, 114 (2026). https://doi.org/10.1038/s41398-026-03863-4

キーワード: 統合失調症, 双極性障害, 脳オルガノイド, シナプス可塑性, ミトコンドリア