スタンフォード: 脳は別々の二つの器官。本当か？

脳は2つの器官？

脳は本当に二つの別器官ですか？2026年9月、スタンフォード大学の見出しは「人間の脳は二つの別器官、研究で判明」でした。スミソニアン誌は、二つの別神経系が押しつぶされ一つになったと表現しました。左脳・右脳や分離脳患者の話ではありません。

分かれ目は前後です。一方は前脳と中脳です。もう一方の後脳は、頭蓋骨の後ろと底、脳と脊髄の接点にあります。二つの部分は異なる種類の始原細胞から成長する、という主張です。

5日後、アース・テクニカ科学編集者は「二つの脳はない」と書きました。どちらが正しいのでしょう？長い話の前に、先に短く答えます。二つの始原細胞集団を強く示しますが、ごく短い共通始原細胞は排除できません。

二器官との呼称は解釈で、筆頭研究者も単なるアイデアとします。証拠とアイデアの境目は1952年のサンショウウオ実験から見ます。

教科書の1枚の神経板

全脊椎動物の脳は胚背面の平らな細胞層、神経板から始まります。そのシートが管状に巻き上がり、管の前端が膨らんで脳になります。一枚のシートは、どの端が前脳か後脳かをどう知るのでしょう？1952年、オランダ発生学者ピーター・ニューコープはイモリ・サンショウウオ胚で調べました。

外側組織の小片を、胚の神経組織に異なる高さで押し込みました。各小片で、胚から最も遠い先端は前脳組織になりました。根元に近いほど、組織は差し込まれた高さに応じてより後方になりました。こうした実験から、二段階モデルを提案しました。

第一段階で信号が普通の外側組織を神経組織に変えます。そのままでは新神経組織は前方構造、前脳・中脳にしかなりません。第二段階は神経組織だけに別信号が働き、後方へ移します。作用が長く強いほど、組織は後脳、次いで脊髄へ進みます。

この図式では出発シートは一枚で、脳の後ろは変化した前方です。千九百九十九年のレビューは、モデルが存続し新実験の説明にも引用されたとしました。2026年論文のネイチャー記事も同じ図式で始まります。何十年も、多くの科学者は一種の始原細胞が全脳を生むと考えてきたといいます。

新研究を率いたスタンフォード生物学者カイル・ローは肺にたとえます。肺には左右二つの葉がありますが、別々の起源からできたとは誰も考えません。脳の各部も端同士でつながり、一つの起源と考えるのが自然でした。この先で重要な遺伝子はOtx2とGbx2の二つです。

マウスではOtx2が前脳・中脳、Gbx2が後脳前部で働きます。両者は中脳と後脳の境界で出会います。1999年、Gbx2欠損マウスではOtx2領域が後方へ広がりました。Otx2領域でGbx2を作動させると境界が前進し、胚の後脳が大きくなりました。

ローによると、二遺伝子は1990年代から胚の別部位で見られました。新しい問いは、もっと早い段階にあります。その境界の両側にある細胞は、最初から異なっているのでしょうか？

実験1：マウス胚の細胞を標識する

スタンフォードのロー研究室の研究は2026年9月18日、ネイチャー・ニューロサイエンスに掲載されました。偶然、ニューコープは30年前の1996年9月18日に亡くなりました。全文は有料ですが、ここでの数字は2025年7月に無料公開された前版プレプリントによります。掲載版の図と違うところでは、その都度お伝えします。

最初の実験では、マウス胚の細胞を時間を追って調べました。マウスは薬一回で、その時点で働くGbx2細胞を永久にその時オンの後方遺伝子Gbx2を持つ細胞を標識できる改変でした。標識された細胞は赤くなり、そこから生じた細胞もすべて赤くなります。

原腸形成中の胚発生7.5日目、チームはその薬を投与しました。原腸形成は胚が基本層を作り、二種の始原細胞が初めて現れる時期です。ここではタイミングが重要でした。以前の研究も、数日体内に残る薬タモキシフェンで同様に試しました。

後からGbx2を働かせた後脳細胞も標識する可能性があります。チームは短時間で消える薬を使い、標識は約12時間でした。1日後も2日後も、赤い細胞は後脳だけにあり、前脳・中脳には皆無でした。出生間近の発生18.5日目も、赤い細胞は前脳・中脳にほぼ皆無でした。

半日早い発生7日目に標識しても、同じパターンになりました。ただしこの試験で追えるのは、すでに後方側にいた細胞だけです。そこでチームは、どちら側も選ばない二つ目の試験を行いました。遺伝学的ツールConfettiは単一細胞を無作為に三色の一色で標識しました。

標識された細胞は、同じ色の小さな集団に成長します。16胚で、神経組織由来の494集団を数えました。三百十一個、約六十三パーセントは前脳・中脳で数えられました。百六十一個、約三十三パーセントは、後脳で数えられました。

著者らは各集団がほぼ一方か反対側だけにあると説明しています。合計すると約96パーセントです。残る22個の集団、約4.5パーセントは、境界の両側にありました。数え方も重要です。境界をまたぐ2細胞未満の集団は多数側に数えました。

迷い込んだ細胞一つでも混在に数えれば、混在割合はもっと高くなります。アース・テクニカは「96%は100%ではない」と指摘しました。スタンフォード発表はデータ以上に踏み込み、二集団は決して重ならないとしました。それでも著者らの結論は数字から導けます。原腸形成が終わるころには、

これらの細胞の大半は、すでに前脳か後脳へ向かっています。

実験2：別の系譜に切り替わらなかったヒト幹細胞

マウスは人間でないため、培養皿のヒト幹細胞も調べました。ほぼ全組織になれるヒト多能性幹細胞の複数系統を使いました。異なる信号組合せで2日以内に、前方型か後方型の始原細胞へ変えました。後方型はFGFとビタミンA様レチノイドを加え、BMP、TGF-beta、WNTの三信号を阻害してできました。

そして核心となる試験です。後方型細胞に通常前脳・中脳を作る信号を与えました。2日後、大半は切り替わっていませんでした。前方型に後脳信号を与えても、やはり切り替わりませんでした。

共同筆頭著者の大学院生ラヤン・ジョカイは実際的な教訓を示しました。彼によれば、従来の後脳ニューロン作製は前方型から始めた可能性が高く、研究は不可能と示します。それでも、結果は絶対的ではありません。共培養すると、少数の後方型細胞が前脳マーカーSIX3をオンにしました。

この遺伝子は、あとでまた登場します。チームは各細胞型のDNAの詰め方、制御層クロマチンも調べました。クロマチンは、細胞がどの遺伝子を使いやすいかを左右します。二細胞型でDNAの開閉パターンは明確に異なりました。

著者らはこの差を、各細胞を経路につなぎ止める一因と解釈しました。培養皿は実際の胚の全複雑さを再現できないかもしれない、とも注意します。

サル、ニワトリ、魚、脳のないギボシムシ

次に、この分裂がマウスとヒトだけかを尋ねました。マカク、ニワトリ、ゼブラフィッシュ胚の公開単一細胞データを再解析しました。各種で同じ二始原細胞群、前方と後方が見つかりました。次は、脳をまったく持たない動物です。

ギボシムシは海底に巣穴を掘る小動物で、散在する神経網しかありません。2003年、脊索動物神経系を形作る22遺伝子が外層でオンになると報告されました。外層では脊髄を持つ動物とほぼ同じ前後順でした。同論文の著者クリストファー・ロウは2026年の論文にも加わっています。

原腸形成中のギボシムシ胚でも同じ2分割を見つけました。ここでは掲載論文がプレプリントより強い証拠です。プレプリントでは、染色像は種ごとに1個の胚から得たとします。掲載図はニワトリ胚5個、ゼブラフィッシュ胚9個、ギボシムシ胚10個を代表します。

ギボシムシとヒトが分岐したのは、5億年以上前です。掲載要旨は、ギボシムシの仲間の半索動物から哺乳類までの分岐を5億5千万年前とします。ロウは、それが超大陸パンゲア形成前だと指摘します。この分裂が古ければ、私たちの系統で脳と呼べるものより前です。

反論：本当に2つなのか？

始原細胞群が二つなら、器官も二つでしょうか。論文の要旨は言葉を慎重に選び、脳を複合器官だと仮定しています。インタビューでロウは、さらに踏み込みます。彼はノーチラス誌に、脳を一器官とする見方は歴史的時代錯誤だと語りました。

最初に調べたマウスとヒトには、一つの頭蓋骨と中の大きく柔らかな灰色の塊があります。少なくとも別々の器官が二つあると、彼は言いました。スタンフォード発表は脳を、巧みに一つに包んだ二つの古代神経系と呼びます。10月、ロウはライブ・サイエンスに、これは考えにすぎず研究が進めば変わりうると語りました。

外部の科学者は、もっと慎重でした。関与していないアレックス・ポレン氏はネイチャーのニュース記事で一つ問題を指摘しました。彼は、二群が短命な一始原細胞に由来しない証明は難しいと言います。著者らも、それはありうると認めています。

結果は、ごく短く存在する脳全体の始原細胞を排除できないとします。フレッド・ハッチンソンがんセンターのセシリア・モエンスは、二つの運命が完全に固定とは考えません。短時間でも細胞が運命を替えるのを、彼女は見てきました。ここでも著者らは、生きた胚で細胞が本当に運命づけられるかは未証明とします。

アース・テクニカのジョン・ティマーは、別の角度から見ました。最初のニューロン予定細胞が現れる頃には、と彼は書きました。胚はすでに頭と尾、背中と腹を区別しています。だから、神経細胞が位置の感覚を受け継いでも不思議ではありません。

彼の結論は、脳は一つで内部に別個の領域が複数ある、というものです。もっと厳しい反論もありました。ローによると、何年も前の講演後、発生生物学部門長は立ち「完全な誤りだ」と言いました。論文掲載はかなり険しい道のりだったと、彼は語ります。

一方で、歓迎する人もいます。ナポリ大学のアンナ・ディ・コズモはライブ・サイエンスに、脊椎動物の脳の深い祖先は根本的にモジュール式だと語りました。ここでいう器官とは何でしょうか。著者ら自身は、心臓を例に挙げます。

心臓は第1、第2心臓領域の二群から育ち、合流して一器官になります。心臓が二つあるとは、誰も言いません。脊髄も独自の別々の始原細胞から生じることは既知でした。論文は中枢神経系全体も、領域別の複数の始原細胞をつなぎ合わせたものかもしれないと提案します。

ロウによれば、彼の研究室は今、脊髄を直接調べています。小脳には、どちらを支持するデータもまったくないと彼は言います。公平に言えば、脳は一つで二つの始まりからできた可能性があり、その意味を科学者は今も議論中です。

神経系は何度進化したのか？

ロウの進化仮説は、二つの古い神経系が押しつけられたことです。判断には、初期神経系の奇妙さを知ると役立ちます。まずは有櫛動物です。2023年の染色体上の遺伝子順序研究は、有櫛動物を他の全動物の姉妹群と位置づけました。

つまり、その系統はカイメンより先に最初に分岐した可能性があります。2014年の有櫛動物ゲノム研究著者らは、神経系の独立起源の可能性が高いと示唆しました。2023年、研究者は一般的な有櫛動物ウリクラゲの生後1日神経網を電子顕微鏡で地図化しました。神経網の5ニューロンは融合し、隙間なく1本の連続膜を共有していました。

著者らはこれを、合胞体性の神経網と呼びました。サイエンス・ニュースは、有櫛動物は異なる進化起源の二神経系のモザイクかもしれないと報じました。こうした発見は、ニューロンが二度進化した可能性を後押しします。フロリダ大学のジョセフ・ライアンは懐疑的です。

進化は十億年近くに及ぶと、彼は言います。これだけの時間なら、元は1つの神経系が奇妙なものになってもおかしくありません。コーネル大学のレスリー・バボニスは、全動物の共通祖先でニューロンが一度進化した証拠は多いと話します。ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンのマックス・テルフォードは、カイメンに神経系がないのは失った可能性も十分あると話します。

問いは未解決です。二つの起源か、一つの起源が大きく変化したのか。クラゲはさらに複雑です。ロウは、体の両端に物理的に分かれた二神経系があると説明します。研究文献では、少し説明が違います。

多くのクラゲでは、集中制御系が、より広がった神経網と並んで働きます。小さな淡水近縁種ヒドラは外層、内層に各一神経網をもち、解剖と機能が異なります。いずれにせよ、一つの体で複数の神経網を動かす動物はいます。2016年、デトレフ・アーレントらは、こうした神経網から脳が生まれた過程を提案しました。

初期神経網が両端に二つの制御中枢を作った、というものです。一つは頂端神経系で、全身の生理を制御しました。もう一つは原口側神経系で、摂食と運動を調整しました。二中枢が拡大・融合し、左右のある動物の神経索と脳になったと提案しました。

スタンフォードの話によく似ています。ただ、2026年研究はアーレントの二中枢が二始原細胞集団に対応するとは示しません。ニューロンの進化が一度か二度かは、アーレント自身もサイエンティフィック・アメリカンに未決定と語りました。イソギンチャク研究も、手がかりを一つ加えます。

イソギンチャクのネマトステラでは、SIX3ファミリー遺伝子が口の反対端で働き始めます。これはスタンフォードチームが脳前方の標識に使った同じ遺伝子ファミリーです。どちらの端が私たちの頭に対応するかをめぐる、長い議論の一部です。2013年の記事は、頭と脳のどちらが先にできたかと問いかけました。

スミソニアンによれば、私たちとクラゲ祖先の分岐はおよそ6億年から7億年前です。ギボシムシ祖先との分岐は、およそ5億5千万年から6億年前です。

後脳・中脳・前脳：分節化された後脳

作られ方が変わっているので、後脳に戻りましょう。胚の後脳は一時、菱脳節という区画列に分かれます。標準的レビューは七つ、体系によっては八つまで数えます。各区画は系譜制限領域で、細胞はほぼ自区画にとどまります。

これも発生の系譜境界ですが、スタンフォードチームの対象外です。Hox遺伝子群は、階段状に入れ子で重なる順序ある領域で後脳に沿って働き始めます。その領域の端は、区画の境界とそろいます。顔、あご、のどの神経である脳神経の配置も、由来区画までたどれます。

Hox遺伝子を一つ壊すと、区画が変わります。Hoxa1を欠くマウスは菱脳節5を失い、菱脳節4と6が融合します。Hoxb1がないと、菱脳節4は菱脳節2の性質を帯びます。この遺伝子群を失うと、菱脳節5と6の運動ニューロンは異常に発達します。

この仕組みは古く、後脳区画の同じHoxネットワークは脊椎動物系統樹の根元近くのヤツメウナギにもあります。脊椎動物でない脊索動物には入れ子Hoxパターンはあるが、後脳区画はありません。ヤツメウナギ研究の著者マリアンヌ・ブロナーは、2026年論文の著者でもあります。次にスタンフォードチームが目指したのは菱脳節5と6です。

培養皿の中の後脳運動ニューロン

後方型細胞から、菱脳節5と6のマーカーを持つ運動ニューロンを育てました。細胞には後脳マーカー四つ、HOXA1、HOXA3、PHOX2A、PHOX2Bがありました。HOXA5やMNX1などの脊髄マーカーは、ほぼありませんでした。細胞は、運動ニューロンが筋肉への信号に使うアセチルコリンの仕組みも作りました。

活動電位を発し、カルシウムイメージングで明滅し、光作動スイッチに反応しました。機能試験は小規模で、単一実験の電気試験は各四細胞、カルシウムイメージングは十細胞でした。スタンフォードの発表は、ヒト多能性幹細胞から実験室で機能的後脳運動ニューロンを作った初例とします。ただ、「初めて」は限定が必要です。

2018年、ローマのチームはNgn2、Isl1、Phox2aの三遺伝子を強制発現し、ヒト脳神経運動ニューロンを作りました。それらも電気的に活動しました。掲載要旨は発表より控えめで、これらのニューロンを培養皿で作るのは従来難しかったとします。ネイチャーのニュース記事は、難しい偉業と評しました。

スタンフォード法は、遺伝子を強制発現せず、後方型始原細胞を経る発生に従います。では、後脳運動ニューロンはなぜ重要なのでしょうか。脳神経を通り、顔、あご、舌、のどにつながります。脳幹は球部とも呼ばれ、飲み込むために必要な筋肉を制御します。

ALSは脳の上位と脳幹・脊髄の下位運動ニューロンをともに攻撃します。ALS患者の約三分の一は、最初の症状がこの球部筋に出ます。典型的ALS患者の約75%は、やがて嚥下、発話、咀嚼に問題を抱えます。大半は呼吸不全で、通常は症状開始から三年から五年以内に亡くなります。

最も多いSMA、脊髄性筋萎縮症は、SMN1遺伝子両コピーの異常が原因です。話す、歩く、呼吸、飲み込む筋肉を制御する脳幹・脊髄の神経細胞を傷つけます。ロウの要点は実用性です。研究者は患者後脳から生きた運動ニューロンを採取し、病気の攻撃を観察できません。

これらのニューロンを培養皿で育てると、研究者は病気を調べられます。ただし、この論文は病気の実験をまだ報告していません。これは治療法でなく、新しい研究道具です。資金にはNIHと脊髄性筋萎縮症財団が含まれました。

トカゲ脳神話と、1つの脳

三位一体脳、またはトカゲ脳を聞いたことがあるかもしれません。1960年代にポール・マクリーンが広めた説は、進化で新しい脳部位が古い部位に重なったとします。2020年の心理学者向け論文は、脳は小さな爬虫類入りタマネギではないと題しました。論文は、神経生物学者間で積層説はとうに否定されたとして、心理学者にも捨てるよう促します。

要点は、全脊椎動物に前脳、中脳、後脳という同じ基本領域があることです。新研究を、古い爬虫類後脳に新しい哺乳類前脳が重なるものと読まないでください。この分裂は爬虫類・哺乳類より前、ギボシムシとの共通祖先まで遡る可能性があります。細胞の起源の話で、動物の進化のはしごではありません。

繰り返します。前後の話で、左右ではありません。では、脳は本当に二つの別々の器官でしょうか。一つの脳で異なる領域が協力して働きます。実験は、一つの脳が二つの始まりから作られると示唆します。

その始まりがかつて別々の二神経系だったかは、まだ考えにすぎません。二始原細胞集団が生きた胚で本当に別の運命に決まるかを、科学者は今も議論しています。脳は一つ、始まり二つ、議論は続きます。