EPFL，脳の配線をマッピング

September, 17, 2025, Lausanne--EPFLの研究者は、マウスの脳の脳全体にわたる生物学的に現実的な配線マップを生成する強力な方法を開発した。研究チームのアプローチは、実験データと数学的および計算的モデリングを橋渡しし、ニューロンが脳全体でどのように接続されているかをシミュレートする。

神経科学の最大の課題の 1 つは、脳がどのように配線されているかを理解することである。最新の画像処理ツールを使用しても、脳の何十億もの細胞 (ニューロン) が局所的な「隣接ニューロン」だけでなく、脳内の他のより遠く離れた細胞とどのようにつながっているかを示す詳細なマップを作成することは困難だった。

コネクトーム（connectomes）として知られるこれらのマップは、脳機能と病気の秘密を解き明かす鍵となる。しかし、従来の脳マッピング技術では、部分的なビュー（表示）しか提供されない。実験データセットは増え続けているが、重要なすべての接続、特に遠く離れた脳領域を橋渡しする接続を再構築するには、まだまばらすぎる。その結果、複雑な認知機能を理解したり、神経疾患の原因を特定したりすることは依然として困難である。

研究および医療用途向けのモデル
EPFLのブルーブレインプロジェクト（Blue Brain Project）のHenry Markram教授グループの科学者たちは、デジタル(この分野では「合成」と呼ばれている)だが、生物学的に現実的な脳全体の接続マップを生成する方法を開発した。Lida Kanariが率いるチームは、ニューロンが脳全体に配線をどのように伸ばすかについての詳細なデジタルモデルを作成し、研究と医療の両方に使用できる包括的なコネクトームの構築に一歩近づいた。

Hanchuan Peng 教授 (中国東南大学) の共同チームと収集した新しいデータを含む、生物学的「軸索再構成」の大規模なデータセットを使用し、機械学習を使用して配線パターンによってニューロンをグループ化した。

この研究の筆頭著者であるRemy Petkantchinは、これらの配線パターンに一致する合成軸索を生成する強力な計算手法を開発した。この方法は、2022年に開発した数学モデルに基づいており、実際のニューロンがどのように分岐して脳の多様な領域に接続するかを模倣するニューロンのデジタルコピーを生成した。合成軸索は生物学的な軸索と同じ経路をたどるように設計されているため、得られたコネクトームは、実際の脳内でニューロンがどのように接続されているかも反映していた。

リアルな配線
合成軸索（synthetic axons）は、見た目や接続場所など、生物学的軸索の重要な特徴と一致する。それらを脳全体のネットワークを構築するために使用すると、得られるコネクトームは、離れた脳領域をリンクする重要な長距離接続を含む実験データから構築されたものと非常によく似ている。

チームは、何千もの合成軸索を生成することで、リアルな配線を備えたデジタルマウスの脳モデルを作成した。これは、既存のコネクトームデータセットのギャップを埋め、ニューロンが脳全体でどのように接続するかを調査し、生きた動物で研究することは不可能な脳組織に関するアイデアをテストすることさえ可能になったことを意味する。

この研究は、神経科学の新たな可能性を切り開く。デジタルコネクトーム（digital connectomes）は、大規模な脳シミュレーションをサポートし、実験をガイドし、神経疾患に関する新しい洞察を提供する。この研究はマウスの脳に焦点を当てていたが、より多くのデータが利用可能になるにつれて、同じ原理を人間を含む他の種にも適用できる可能性がある。