Neuroscience（神経科学）

引用

Augustine, G. J., Groh, J. M., Huettel, S. A., LaMantia, A.-S., & White, L. E. (2023). Neuroscience (7th ed.). Sinauer Associates; Oxford University Press.

章の要約

第7版は33章、約1,000ページである。出版社は、動物・ヒト・臨床の研究をバランスよく取り上げ、細胞のシグナル伝達から認知機能までを扱うと説明しており、この版では新たに学習目標が加わり、各節もより簡潔になったとしている。章の一覧は自然にいくつかのまとまりに分かれるため、本ガイドもそれに従って紹介する。

第1–4章：Studying the Nervous System（神経系の研究）、Electrical Signals of Nerve Cells（神経細胞の電気信号）、Voltage-Dependent Membrane Permeability（電位依存性の膜透過性）、Ion Channels and Transporters（イオンチャネルとトランスポーター）

神経系をどう研究するかから始まり（補助アニメーションは MRI と PET を扱う）、続いて単一ニューロンの生理学を組み立てる。静止膜電位と電気化学的平衡、活動電位、電位固定法、軸索での興奮の伝導、パッチクランプ法とナトリウム–カリウムポンプである。

第5–8章：Synaptic Transmission（シナプス伝達）、Neurotransmitters and Their Receptors（神経伝達物質とその受容体）、Molecular Signaling within Neurons（ニューロン内の分子シグナル伝達）、Synaptic Plasticity（シナプス可塑性）

これらの章は、1個のニューロンからニューロン間の情報伝達へと進む。シナプス伝達とシナプス後電位の加重、イオンチャネル型と代謝型の受容体、主要な伝達物質系（補助アニメーションはアセチルコリン、グルタミン酸、ドーパミン、ノルエピネフリン、セロトニンの経路をたどる）、カルシウムを含むセカンドメッセンジャーのシグナル伝達、そしてシナプス可塑性で、補助アニメーションにはアメフラシ（Aplysia）の感作と AMPA・NMDA 受容体がある。

第9–15章：Vision（視覚）、Hearing（聴覚）、The Vestibular System（前庭系）、Touch and Proprioception（触覚と固有感覚）、Pain and Temperature（痛覚と温度覚）、Olfaction（嗅覚）、Taste（味覚）

各感覚がそれぞれ1章を占める。補助アニメーションは、眼の解剖、光変換、網膜での処理と視覚経路、耳、前庭系、嗅覚系を扱っている。

第16–21章：Lower Motor Neuron Circuits and Motor Control（下位運動ニューロン回路と運動制御）、Upper Motor Neuron Control of the Brainstem and Spinal Cord（脳幹と脊髄の上位運動ニューロン制御）、Modulation of Movement by the Basal Ganglia（大脳基底核による運動の調節）、Modulation of Movement by the Cerebellum（小脳による運動の調節）、Eye Movements and Sensorimotor Integration（眼球運動と感覚運動統合）、The Visceral Motor System（内臓運動系）

運動の部は脊髄回路から始まり（伸張反射と屈曲反射のアニメーションがある）、脳幹と皮質による制御、大脳基底核、小脳を経て、眼球運動と自律神経系へと上っていく。

第22–26章：Early Brain Development（初期の脳発生）、Construction of Neural Circuits（神経回路の構築）、Experience-Dependent Plasticity in the Developing Brain（発達期の脳における経験依存的可塑性）、Sex Differences and Neural Circuit Development（性差と神経回路の発達）、Repair and Regeneration in the Nervous System（神経系の修復と再生）

発生・発達には5章があり、初期の脳発生と成長円錐・軸索の経路探索から、経験依存的可塑性を経て、性差（補助アニメーションはアロマターゼ化仮説を扱う）と修復に至る。

第27–33章：Cognitive Functions and the Organization of the Cerebral Cortex（認知機能と大脳皮質の組織）、Cortical States（皮質の状態）、Attention（注意）、Memory（記憶）、Speech and Language（発話と言語）、Emotion（情動）、Thinking, Planning, and Deciding（思考・計画・意思決定）

最後の章は高次機能を扱う。まず皮質の組織、続いて皮質の状態（補助教材には分子時計のアニメーションがある）、注意、記憶、発話と言語、情動、そして思考・計画・意思決定が並ぶ。

主要概念

第1–8章：細胞のシグナル伝達

• 静止膜電位と電気化学的平衡：ニューロンの膜をはさむ電圧と、それを決めるイオンの均衡。
• 電位固定とパッチクランプ：膜透過性とチャネルの章が土台にしている記録法。
• イオンチャネル型受容体と代謝型受容体：それ自体がイオンチャネルである伝達物質受容体と、細胞内シグナル伝達を介して働く受容体。
• シナプス可塑性：シナプス強度の持続的変化で、本書では AMPA 受容体と NMDA 受容体に結びつけられている。

第9–21章：感覚系と運動系

• 光変換：網膜で光が電気信号に変わる過程。
• 反射回路：運動の章の基礎となる伸張反射と屈曲反射。
• 大脳基底核と小脳：運動を調節する2つの構造で、それぞれ1章を占める。

第22–33章：発生・発達と高次機能

• 軸索の経路探索：成長円錐が標的を見つける仕組み。
• 経験依存的可塑性：初期の経験が発達中の回路を形づくる仕組み。
• 注意・記憶・言語・情動・意思決定：最後の7章の認知的な主題。

批判的分析

長所

• バランスのとれた証拠の基盤。 出版社は、本書が動物・ヒト・臨床の研究を通してバランスをとっているとし、学部課程と医学部課程の神経系学習をつなぐ橋渡しと位置づけている。
• 1冊で網羅的。 33章は、細胞のシグナル伝達、各主要感覚系（それぞれ1章）、6章にわたる運動系、5章の発生・発達、締めくくりの認知の部を含み、1冊で神経科学の一連の科目を支えられる。
• 充実した補助教材。 学生向け教材には、アニメーション、フラッシュカード、インタラクティブな図、ウェブトピック、学習問題があり、ヒトの中枢神経系の構造を探索するウェブ環境 Sylvius 4 Online も含まれる。第7版は Oxford Insight プラットフォームを通じて提供される。
• 読みやすさを目指した改訂。 出版社によると、この版では学習目標が加わり、各節がより簡潔になった。

短所

• 分量。 約1,000ページという分量は1つの科目で扱える範囲を超えており、教員も学生も章を選ぶ必要がある。
• 認知は最後に置かれている。 認知機能の7章は、細胞・感覚・運動・発生に関する約26章のあとに来るため、認知神経科学を早く学びたい科目では順序を組み替える必要がある。
• 計算と方法に独立した章がない。 章の一覧には定量的モデル化を扱う独立した章がなく、技術は登場する場面で紹介され、最初に神経系の研究を扱う第1章がある。
• オンライン教材は別のプラットフォームにある。 出版社は、第7版の教員向けおよび学生向けの教材が Oxford Insight のコースウェアに含まれていると述べており、印刷版だけに付属するものではない。

コースにおける位置づけ

本サイトの神経科学の書籍のなかで、Augustine らの本は1冊としては最も範囲が広い参考書である。細胞神経科学、あらゆる感覚系と運動系、発生、認知を、同じ著者陣による1つの本で学びたい2学期の科目には、自然な選択となる。Casey Henley の無料の Foundations of Neuroscience や、Bear、Connors、Paradiso の Neuroscience: Exploring the Brain といった入門書より包括的な扱いで、そのどちらかを読んだあとの主教材にもなる。

重要な実験を軸に組み立てられ、注意・言語・意思決定の章をもたない Luo の Principles of Neurobiology と比べると、より幅広く、臨床寄りである。Martin らの From Neuron to Brain は重要な実験を通じて細胞と系の神経科学を扱い、Dayan と Abbott の Theoretical Neuroscience は定量モデルのための大学院水準の教科書である。臨床神経解剖学には、Snell's Clinical Neuroanatomy や Hal Blumenfeld の Neuroanatomy through Clinical Cases のような本のほうが適している。

本書の使い方

本書は、生物学の初級科目を履修済みで、細胞生物学と基礎的な化学にある程度なじみがあることを前提とする。神経科学・生物学・心理学を学ぶ2、3年生や、医学部の初期の学生に向いている。

1学期の科目に向けた実践的な計画は次のとおり。

• 中心： 細胞とシナプスの生理学として第1–8章、感覚系の例として第9章の視覚、続いて運動制御の第16–17章。
• 関心に応じて選択： 残りの感覚（第10–15章）、大脳基底核と小脳（第18–19章）、発生・発達（第22–26章）、認知の章（第27–33章）。2学期の科目なら順に通して読める。
• 学習目標とアニメーションを活用： 生理学の章を読むときは補助アニメーションを併用し、解剖が思い描きにくいときはウェブ版の Sylvius 4 を使う。

後ろの章は膜生理学とシナプスの仕組みに依拠しているため、認知の章より先に細胞の章を読むとよい。理解の確認には、学生向け教材の学習問題を使う。