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神経管の背腹軸方向の細胞分化シグナル

個人的には、外胚葉がBMPを出していて、神経管の上部でもBMPがシグナリングセンターになり、下側に目をやると、脊索が最初シグナリングセンターになってshhシグナルによって神経管の下部をFLOOR PLATEに誘導し(実際の誘導の時期は、神経管になってからではなく、神経板の段階)、今度はFLOOR PLATE自身がshhを分泌するようになるというところが面白いと思います。ゾンビによって自分もゾンビ化されてしまうみたいな。

https://bastiani.biology.utah.edu/courses/3230/db%20lecture/lectures/b15NeuroHH.html

Roof plate天板ではBMPが、Floor plate底板ではshhがシグナルとなって、神経管の上下の端がシグナリングセンターとなり、神経管の内外に対して働きかけます。神経管の内部ではこれらのシグナルによって背腹軸方向の神経細胞のアイデンティティが決定されます。

Bone morphogenetic protein signalling and vertebrate nervous system development | Nature Reviews Neuroscience

https://media.springernature.com/lw685/springer-static/image/art%3A10.1038%2Fnrn1805/MediaObjects/41583_2005_Article_BFnrn1805_Fig3_HTML.jpg

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下のrの文の図は、Roof plateで確かにBMPが発現していることを示す実験データ。BMPシグナリングの下流で転写因子として働くリン酸化SmadもRoof plateに局在しています。

The roof plate (RP) loses responsiveness to BMP signaling. a, c In situ hybridization for Bmp4 at the neural crest (NC) and RP stages. b, d Antibody staining for pSMAD1,5,8. Note positive signaling in the dorsal neural tube (NT) at the NC stage (delimited by dotted yellow lines, see "Methods" for definition). In contrast, the definitive RP (dorsal to the dotted yellow lines, see "Methods" for definition) lacks a pSMAD signal yet the domain ventral to the yellow lines containing dorsal interneurons is positive. e, f Dorsal views of whole mounted embryo fragments following dorsally directed electroporations (EP) of BMP-responsive element (BRE)-GFP along with control RFP to monitor electroporation efficiency. Note positive and negative BMP reporter signaling at NC and RP stages, respectively. Embryos were electroporated at either E2 (e-e") or E3 (f-f") and analyzed 16 h later. White dashed lines delineate the NT in b and d. C caudal, DI dorsal interneurons, R rostral. Bar in a = 40 μM; b, d = 80 μM; c = 50 μM 

https://www.researchgate.net/figure/The-roof-plate-RP-loses-responsiveness-to-BMP-signaling-a-c-In-situ-hybridization-for_fig1_299420557

神経板の形成:神経誘導

神経板の形成

神経発生の最初の形態的な変化は、神経板の形成です。これはまず神経板になる部分の細胞の形が縦長に伸びるところから始まります。

https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/neural-plate

神経誘導におけるBMP阻害とFGFシグナリングの役割

BMP inhibition initiates neural induction via FGF signaling and Zic genes Leslie Marchal, Guillaume Luxardi, Virginie Thomé, and Laurent Kodjabachian kodja@ibdml.univ-mrs.frAuthors Info & Affiliations Edited by Igor B. Dawid, National Institute of Child Health and Human Development, Bethesda, MD, and approved August 19, 2009 October 13, 2009 106 (41) 17437-17442 https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.0906352106  neural induction is controlled by BMP inhibition, which activates directly, and, via FGF instructive activity, early neural regulators such as Zic genes.

  1. The response of early neural genes to FGF signaling or inhibition of BMP indicate the absence of a conserved neural induction module Crystal D Rogers 1, George S Ferzli 1, Elena S Casey BMC Dev Biol. 2011 Dec 15;11:74. doi: 10.1186/1471-213X-11-74
  2. Combinatorial Fgf and Bmp signalling patterns the gastrula ectoderm into prospective neural and epidermal domains Development. 2004 Aug;131(15):3581–3592. doi: 10.1242/dev.01227 https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC2789263/

神経板、神経管の形成にかかわるシグナルのまとめ

BMPが外胚葉で発現しており、それが外胚葉の細胞が表皮になるシグナルの役割を果たしています。脊索からはBMPの阻害因子であるchordin, nogginなどが分泌されてその部分の運命を神経系にシフトさせます。もともとあるBMPシグナリングを阻害することで神経誘導が生じるというカラクリは予想外のことで驚きでした。脊索はソニックヘッジホッグ(SHH)も分泌しており、それが神経板に働きかけて将来、神経管のFloor Plate(底板)になる部分を分化させます。底板はそれ自身もshhを発現するようになり、周囲の組織の分化にかかわることになります。BMPは、表皮になる部分に発現していて、神経板になる部分は抑制をうけますが、その中間の部分では、「中程度」の強さのシグナルとして働きます。また、神経管の背側の部分「roof plate」がBMPを発現してシグナルとして、神経管の背腹軸方向の細胞のアイデンティティを決定するのに役割を担います。

Developmental Biology 3230

https://bastiani.biology.utah.edu/courses/3230/db%20lecture/lectures/b15NeuroHH.html

横からくるBMPシグナルおよびその阻害がメインのシグナルだと思います。

https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fwww.nature.com%2Farticles%2Fnrn1805&psig=AOvVaw1efNk1Wo6aPwMkESSqJcz_&ust=1730606329991000&source=images&cd=vfe&opi=89978449&ved=0CBQQjRxqFwoTCKDrsKL4vIkDFQAAAAAdAAAAABAE

Bone morphogenetic protein signalling and vertebrate nervous system development 01 December 2005  Aimin Liu & Lee A. Niswander Nature Reviews Neuroscience volume 6, pages945–954 (2005) https://www.nature.com/articles/nrn1805

https://media.springernature.com/lw685/springer-static/image/art%3A10.1038%2Fnrn1805/MediaObjects/41583_2005_Article_BFnrn1805_Fig2_HTML.jpg

FGFやWNTも同様の働きがあるようです。何を図示かは動物種によるかもしれません。レビュー論文ごとに異なる部分があります。

Neural Plate Patterning by Secreted Signals Oliver Wessely ∙ E.M De Robertis NEURON Volume 33, Issue 4p489-491February 14, 2002 derobert@hhmi.ucla.edu https://www.cell.com/fulltext/S0896-6273%2802%2900596-2

media/module22/v2e_schemInducNeural.gif

22.2 Early embryonic development of the nervous system: Formation of the neural tube and neural crest https://embryology.ch/en/organogenesis/nervous-system/early-embryonic-development-of-the-nervous-system/molecular-mechanisms-in-the-early-development-of-cns/dorso-ventral-polarity-of-neural-tube.html?p=2.2

脊索からBMPの阻害因子が分泌されているのかが気になって、それを示した実験データを探してみました。案外見つからないものです。下の論文の図のMとOはそれみたい。

Current Biology Volume 12, Issue 1p47-52January 08, 2002 Opponent Activities of Shh and BMP Signaling during Floor Plate Induction In Vivo https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(01)00631-5

  1. Noggin-mediated antagonism of BMP signaling is required for growth and patterning of the neural tube and somite Jill A. McMahon1, Shinji Takada1,4, Lyle B. Zimmerman3,5, Chen-Ming Fan2, Richard M. Harland3, and Andrew P. McMahon1,6 doi: 10.1101/gad.12.10.1438 Genes & Dev. 1998. 12: 1438-1452

神経板

  1. https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/neural-plate

神経板の初期分子マーカー

神経板がどのようにして誘導されるかを知るためには、神経板で早い段階で特異的に発現してくる遺伝子が何かを把握するのが重要です。それがわかれば、その遺伝子発現が何によって誘導されたかを考えることができます。

Sox2

Sox2は、神経板の最も早期の決定的なマーカーであり、神経板のアイデンティティを確立する過程で重要な役割を果たします。

  1. A Mechanism Regulating the Onset of Sox2 Expression in the Embryonic Neural Plate 神経板の最も初期の決定的なマーカーは転写因子 Sox2 であり、これは ERNI、ジェミニン、BERT、HP1α、HP1β、およびクロマチンリモデリング酵素 Brm 間の相互作用によって制御されます。 PLoS Biology C. Papanayotou et al. 171 Citations 2008
  2. Figure 2 Nature. 2011 Feb 17;470(7334):394–398. doi: 10.1038/nature09729 Tbx6-dependent Sox2 regulation determines neural vs mesodermal fate in axial stem cells

下の論文でSox2の神経板における発現が示されています(in situ ハイブリダイゼーションで転写産物を検出)。パネルAを見ると、通常、Sox2は神経板の前方部分(前脳になる領域)で発現していることがわかります。

FIGURE 2:

Epigenetic activation of Sox2 gene in the developing vertebrate neural plate Mol Biol Cell. 2016 Jun 15;27(12):1921–1927. doi: 10.1091/mbc.E16-01-0042 https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4907725/

SOX1

SOX1は、神経運命にコミットした外胚葉細胞で最も早期に発現する転写因子の一つであり、神経板の誘導と一致して発現が開始されます。

  1. A role for SOX1 in neural determination. SRY に関連する HMG ボックス タンパク質である SOX1 は、神経運命が決定された外胚葉細胞で発現される最も初期の転写因子の 1 つであり、胚の中枢神経系 (CNS) の分裂中の神経前駆細胞を定義します。 Development L. Pevny et al. 496 Citations 1998 https://journals.biologists.com/dev/article/125/10/1967/39814/A-role-for-SOX1-in-neural-determination 図1 Immunohistochemical analysis of SOX1 during mouse and rat embryogenesis. (A) Transverse section through the anterior region of a 7.5 dpc mouse embryo. SOX1 labeling is restricted to the neural plate. (B) Transverse section through the anterior region of a 2 somite mouse embryo. SOX1 labeling is restricted to the neural folds. (C) Transverse section through the posterior region of a 10-12 somite mouse embryo. SOX1 labeling is restricted to the neural tube. (D) Transverse section through the thoracic region of a 20 somite mouse embryo. SOX1 labeling is detected in the early neural tube but is excluded from the ventral midline region of the floor plate (FP, arrow). (E) Transverse section through the thoracic region of a 30-35 somite mouse embryo. SOX1 labeling is not detected in the ventral motor horns (MH). (F) Transverse section through the anterior spinal cord region of a 30-35 somite mouse embryo. Expression of SOX1 is maintained in ‘region X’, bilateral streams of cells between the floor plate (FP) and motor horns (MH). (G) Expression of SOX1 (green) and FP3 (red) in a transverse section through the thoracic region of an E10 rat embryo. Expression of SOX1 and FP3 are mutually exclusive. (H) Expression of SOX1 (green) and Islet1 (red) in a transverse section through the thoracic region of an E11 rat embryo. Expression of SOX1 and Islet1 are almost mutually exclusive although there appears to be some overlap in the most medial differentiating Islet1-positive cells. (I) Expression of SOX1 (green) and Neurofilament (red) in a transverse section through the thoracic region of an E11 rat embryo. Expression of SOX1 and Neurofilament are mutually exclusive. Immunohistochemical analysis of SOX1 during mouse and rat embryogenesis. (A) Transverse section through the anterior region of a 7.5 dpc mouse embryo. SOX1 labeling is restricted to the neural plate. (B) Transverse section through the anterior region of a 2 somite mouse embryo. SOX1 labeling is restricted to the neural folds. (C) Transverse section through the posterior region of a 10-12 somite mouse embryo. SOX1 labeling is restricted to the neural tube. (D) Transverse section through the thoracic region of a 20 somite mouse embryo. SOX1 labeling is detected in the early neural tube but is excluded from the ventral midline region of the floor plate (FP, arrow).Sox2 図1aをみるとSOX1が神経板に局在している様子がハッキリとわかります。神経管が形成された時期の図1cでは神経管に特異的に発現しています。

SOX1遺伝子発現にBMPやFGFが関与するのかconsensus.aiに訊いてみました。BMPで誘導され、FGFで維持されるという回答です。

Inhibition of BMP signaling is sufficient to induce neural markers, including SOX1, in ectodermal explants, suggesting that neural fate is the default state in the ectoderm when BMP signaling is blocked . The use of BMP inhibitors like Noggin and DMH1 can effectively induce SOX1 expression in human-induced pluripotent stem cells (hiPSCs), highlighting the role of BMP antagonists in neural induction .

FGF signaling is necessary for maintaining the early domain of sox gene expression, including SOX1, in neural tissue. Without FGF signaling, this domain can revert to non-neural fates. The combined inhibition of BMP and TGF-β pathways, using small molecule inhibitors, allows for precise regulation of SOX1 expression, which is crucial for proper neural induction and lineage specification.

XASH-3

XASH-3は、神経誘導の非常に早い段階で発現し、神経板の位置を示すマーカーとして機能します。

  1. XASH-3, a novel Xenopus achaete-scute homolog, provides an early marker of planar neural induction and position along the mediolateral axis of the neural plate.  Development K. Zimmerman et al. 134 Citations 1993 https://journals.biologists.com/dev/article/119/1/221/37847/XASH-3-a-novel-Xenopus-achaete-scute-homolog XASH-3 は、アフリカツメガエルの神経板の内外軸に沿った神経誘導と位置の初期マーカーです。Comparison of XASH3 and N-CAM expression in late-gastrula stage embryos. XASH3 (A,B,C) and N-CAM (D,E) expression in stage 14 embryos was determined by whole-mount in situ hybridization (A,D). Cross-sections of similarly staged embryos are also shown (B,C and E). Open arrow in A indicates XASH3 expression lateral to the neural plate; closed arrow indicates the mediolaterally restricted stripe revealed by crosssection in B, and the arrowhead indicates the transverse ‘eyebrow’ stripe revealed by cross-section in C. In A, anterior is towards 11 o’clock and, in D, it is towards 1 o’clock. Note the restricted expression of XASH3 along the mediolateral axis of the neural plate (B) in comparison to that of N-CAM (E). Comparison of XASH3 and N-CAM expression in late-gastrula stage embryos. XASH3 (A,B,C) and N-CAM (D,E) expression in stage 14 embryos was determined by whole-mount in situ hybridization (A,D). Cross-sections of similarly staged embryos are also shown (B,C and E). Open arrow in A indicates XASH3 expression lateral to the neural plate; closed arrow indicates the mediolaterally restricted stripe revealed by crosssection in B, and the arrowhead indicates the transverse ‘eyebrow’ stripe revealed by cross-section in C. In A, anterior is towards 11 o’clock and, in D, it is towards 1 o’clock. Note the restricted expression of XASH3 along the mediolateral axis of the neural plate (B) in comparison to that of N-CAM (E).

Gbx2

Gbx2は、神経板の後方化に関与し、神経板のパターン形成において重要な役割を果たします。

  1. The posteriorizing gene Gbx2 is a direct target of Wnt signalling and the earliest factor in neural crest induction Gbx2 は神経堤誘導における最も初期の因子であり、神経板の後部化に役割を果たします。 Development Bo Li et al. 146 Citations 2009 Info In Vitro Trial Info Highly Cited https://journals.biologists.com/dev/article/136/19/3267/65330/The-posteriorizing-gene-Gbx2-is-a-direct-target-of Fig. 1. Gbx2 is expressed in posterior ectoderm that includes the prospective neural crest. (A-C) Hypothesis of neural crest (NC)induction by the posteriorizing activity of Gbx2. (D-S) In situ hybridization at the indicated stages for the indicated genes. (D-G)Dorsal view, anterior to the top. (H-K) Transverse sections. (L-O) Lateral view, anterior to the left. (P-R) Dorsal view, anterior to the top. Arrowhead,NC; arrow, gap in Gbx2 expression. (S) Detail of the neural fold region in a lateral view, anterior to the top, midline to the right.(T) Summary of Gbx2 and Snail2 expression at stage 16. Anterior to the top, midline to the right. Different tones of purple denote different levels of Gbx2 expression. Blue, NC.  Gbx2 is expressed in posterior ectoderm that includes the prospective neural crest. (A-C) Hypothesis of neural crest (NC)induction by the posteriorizing activity of Gbx2. (D-S) In situ hybridization at the indicated stages for the indicated genes. (D-G)Dorsal view, anterior to the top. (H-K) Transverse sections. (L-O) Lateral view, anterior to the left. (P-R) Dorsal view, anterior to the top. Arrowhead,NC; arrow, gap in Gbx2 expression. (S) Detail of the neural fold region in a lateral view, anterior to the top, midline to the right.(T) Summary of Gbx2 and Snail2 expression at stage 16. Anterior to the top, midline to the right. Different tones of purple denote different levels of Gbx2 expression. Blue, NC.

 N-CAM

N-CAM RNAの発現は、神経誘導の初期応答として、神経板に局在します

  1. Expression of Xenopus N-CAM RNA in ectoderm is an early response to neural induction. N-CAM RNA の発現は、胚葉形成中に神経板に局在し、外胚葉における神経の関与のマーカーとなります。 Development C. Kintner et al. 468 Citations 1987 https://journals.biologists.com/dev/article/99/3/311/51817/Expression-of-Xenopus-N-CAM-RNA-in-ectoderm-is-an

pou5f3/pou2

  1. Involvement of an Oct4-related PouV gene, pou5f3/pou2, in neurogenesis in the early neural plate of zebrafish embryos. Pou5f3 は、ゼブラフィッシュの胚において、前神経クラスターにおける初期の神経発生を促進し、後期の神経発生を負に制御します。 Developmental biology Chihiro Inomata et al. 6 Citations 2019

Xsnail

  1. Relationship between gene expression domains of Xsnail, Xslug, and Xtwist and cell movement in the prospective neural crest of Xenopus. Xsnail は、神経誘導における神経板の決定のための最も初期のマーカーです。 Developmental biology C. Linker et al. 103 Citations 2000

neurogenin

  1. The activity of neurogenin1 is controlled by local cues in the zebrafish embryo. ゼブラフィッシュ胚の初期神経板におけるニューロジェニン1の発現はDelta/Notchシグナル伝達によって調節され、異所性ニューロンの発達につながる可能性があります。 Development P. Blader et al. 259 Citations 1997
  2. Multiple regulatory elements with spatially and temporally distinct activities control neurogenin1 expression in primary neurons of the zebrafish embryo ゼブラフィッシュの胚におけるニューロジェニン1の発現は複数の調節要素によって制御され、特定のニューロン前駆細胞における発現を促進し、神経板におけるその発現を調節します。 Mechanisms of Development P. Blader et al. 164 Citations 2003
  3. A novel zebrafish bHLH gene, neurogenin3, is expressed in the hypothalamus. ニューロジェニンは​​決定因子として作用し、脊椎動物の神経発生における分化遺伝子の発現を開始します。 Gene Xukun Wang et al. 43 Citations 2001

その他

  1. A gene regulatory network for neural induction 神経誘導のための遺伝子制御ネットワークは、175 個の転写制御因子とそれらの間の 5,614 個の予測される相互作用で構成され、信号への最初の露出から成熟した神経板マーカーの発現までの細かい時間的ダイナミクスを備えています。 eLife K. Trevers et al. 5 Citations 2021
  2. The Netrin receptor Neogenin is required for neural tube formation and somitogenesis in zebrafish. ネオジェニンは​​、ゼブラフィッシュの胚における神経管形成と体節形成において重要な役割を果たし、神経外胚葉細胞と中胚葉細胞の両方の細胞極性または移動方向性を決定します。 Developmental biology D. Mawdsley et al. 65 Citations 2004

神経誘導の分子的実態:BMPアンタゴニスト

BMPシグナルは表皮への分化を規定するのに対して、BMPシグナルのアンタゴニストが表皮への分化の経路を、神経系への分化へと変更させる働きがある、つまり、神経誘導の分子的な実態はBMPアンタゴニストであるということが明らかになっています。

神経誘導に関しては外胚葉のデフォルトが神経組織への分化で、BMPシグナルが働いたときに外胚葉は表皮外胚葉として分化することが明らかとなった。オーガナイザーの近辺ではBMPと結合するNogginやChordinが発現しており、これらがBMPと結合するために、その近辺ではBMPシグナルが遮断され、神経として分化する。すなわち、神経誘導に関しては当初の発生学者たちが考えたように、ある特別な誘導物質が外胚葉に働いてそれを神経外胚葉として分化させるのではなく、むしろシグナルが入らないデフォルトの状態が神経外胚葉であるということである。

BMPシグナルのアンタゴニストが存在せず、そもそもBMPシグナルすら存在しない状態であれば、デフォルトとしては表皮は神経系に分化する運命にあるというわけです。神経系への分化は非常に特別なことのように感じられるので、それがデフォルトだという発見はかなり意外性が高いことだと思います。

Three secreted factors, Noggin, Chordin, and Follistatin, have been found to possess neural-inducing activity in Xenopus. These secreted factors are expressed in the organizer of gastrula embryos and induce neural tissues in the ectoderm (Sasai et al., 1994Smith and Harland, 1992Lamb et al., 1979Hemmati-Brivanlou et al., 1994). As these factors bind to and antagonize BMP, neural induction is caused by blocking the activation of the BMP pathway, which induces epidermal fates (Piccolo et al., 1996Sasai et al., 1995Zimmerman et al., 1996Fainsod et al., 1997).

Spemann-Mangold organizer and mesoderm induction Makoto Asashima, Yumeko Satou-Kobayashi Cells & Development Available online 1 February 2024, 203903

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667290124000044

  1. Neural Induction (review) Development Growth and Differentiation 1998;40:363-376 (PDF)

末梢神経とは?中枢神経と末梢神経の定義

中枢神経は、脳と脊髄を纏めた総称です。末梢神経はそれ以外の神経全てです。そう考えると「もれ」も「だぶり」もなくてスッキリしますが、いろいろな説明を読んでいると、わかりにくくて混乱させられます。

末梢神経系とは、中枢神経系以外の神経系、すなわち脳と脊髄以外の神経のことを指します。

https://www.msdmanuals.com/ja-jp/home/09-脳、脊髄、末梢神経の病気/末梢神経疾患と関連疾患/末梢神経系の概要

 

末梢神経に含まれるものとしては、脳と頭部、顔面、眼、鼻、筋肉、耳をつなぐ神経(脳神経)、脊髄と体の他の部位をつなぐ神経(31対の脊髄神経を含む)、その他、体中に分布している神経細胞が含まれます。

末梢神経は、大きく以下の3つに分けられます。

  1. 運動神経:全身の筋肉を動かす機能
  2. 感覚神経:痛み、冷感、触れた感触など、皮膚の感覚や振動、関節の位置などを感じる機能
  3. 自律神経:血圧・体温の調節や心臓・腸など内臓の働きを調整する機能

https://www.saiseikai.or.jp/medical/disease/neuropathy/

常位胎盤早期剥離とは

人間の赤ちゃんは母親の子宮の中で発生し、育ちます。母親の外で独立して発生するニワトリの卵や魚やカエルの卵とは異なり、人間の場合、胎児は発生に必要な栄養を母体から得ていますが、母体と胎児を繋ぐのが胎盤です。胎盤のおかげで、赤ちゃんは必要な栄養や酸素を得ているわけです。

「“常位”というのは、胎盤が子宮の正常な位置についているという意味で、胎盤が子宮の出口にかかっていてトラブルを起こしやすい前置胎盤などではないということです。普通のお産では赤ちゃんが娩出した後に胎盤が剥がれますが、ある日突然、胎盤が剥がれてしまう病気なのです」https://jp.moony.com/ja/tips/pregnancy/pregnancy/trouble/pt0261.html

頭の良さ、論理的思考能力、国語力について

頭がいい悪いは、学校ではテストの成績で測られて、成績でお互い頭がいい悪いという印象付けが行われることが多いかもしれませんん。しかし、テストで測っているものは本当に頭の良さでしょうか。頭の良さを測るために作られた問題であっても、テスト勉強をした学生が、とりあえず知識を詰め込んで何とか対象してテストの点数だけは取れてしまったということも起こりえます。数学の問題を解くときに、与えられたものを素直に見て取り組んで論理的思考によって答えを得るのではなく、予め詰め込んでおいた解法のパターンと照らし合わせて、この問題はアレだ!みたいに当てはめるやり方です。あるいは、英語の長文をちゃんと頭から文法に則って読むことをせずに、単語の意味だけを拾って、なんとなく意味が通りそうな文を作り上げると、ある程度は英語の問題も解けてしまうといった具合です。

実はテストで同じ点数を取った学生が二人いたとしても、その二人のテスト勉強のやりかたにそのような差があった場合は、もはやそのテストは頭の良さを正しく測定できたとはいえないのです。

分けること

自分の周りにある様々なものを、分けて考えることが第一歩です。机と椅子。人間と犬。大人と子供。自分と他人。netherthelessとnonetheless。何が同じで何が違うのか、同じカテゴリーにまとめていいのか、違うのか。物事が理解できていない場合、何かと何かを混同してしまっていて区別がついていないということがしばしばあります。

抽象―具体の階層に分けること

リンゴ、ミカン、バナナ、つまり果物。肉、魚、野菜、つまり食べ物。あらゆるものは、抽象度、具体度によって同じ階層の同じグループかどうかに分類できます。「度」というときには、何かしらの基準が必要です。果物と言う場合には、そもそも果物とは何かが定義されていないといけません。定義がされいてはじめて、椅子が果物かどうかの議論ができます。カメの甲羅は骨かどうかなど。

CEME

分けるときに大事な観点は、全てのモノが分類対象になるようにすることです。果物とそれ以外とすれば、果物の定義を満たすものは果物に分類され、果物の定義を満たさないものは「それ以外」に分類できます。

関連性

原因と結果。因果関係はないが相関していることなど。喫煙者であることと、タバコを携帯していることとは因果関係があります。タバコを携帯していることと、携帯用灰皿を持っていることとは、直接は因果関係にありません。喫煙者であることを通じて両方が「結果」になっており、相関しているのです。

論理

「命題」(主張)と「命題」(主張)との間の関連性です。命題をpやqで表すと、pならばqと言った具合です。そのときにqはpであるための必要条件であり、pはqであるための十分条件であると言った言い方をします。

推論

演繹、帰納が有名です。アブダクション、アナロジーというものもあります。

 

 

MECE(ミーシー)とは?

MECE(Mutually Exclusive and Collectively Exhaustive)は、要素が互いに重ならず、かつ全体を漏れなく網羅する状態を指します。アイスクリームの分類で、MECEを意識した分け方の例を見ていきましょう。

MECEに基づいたアイスの分類

例えば、「味の種類」でアイスクリームを分類するとします。この際、次のように分けると、MECEの要件を満たしやすくなります。

主要なフレーバーを以下のように分けると、漏れがなく、明確な分類が可能です。

  1. ミルク系:バニラ、ミルク
  2. チョコレート系:チョコレート、チョコチップ
  3. フルーツ系:ストロベリー、マンゴー、ブルーベリーなど
  4. 和風フレーバー:抹茶、黒ゴマ、小豆
  5. その他のフレーバー:キャラメル、クッキー&クリーム、コーヒーなど

がん抑制遺伝子RB, p53, p21の働き

がん細胞ではしばしば、がん抑制遺伝子RB, p53などの変異が見られます。野生型のRBやp53の本来の働きはどのようなものなのでしょうか。

p53は転写因子で、CDKN1A遺伝子(遺伝子産物はp21と呼ばれるたんぱく質)の発現をオンにします。p21はCDKと結合することにより、CDKがRBをリン酸化することを抑制します。RBはリン酸化されていない場合には、転写因子E2Fと結合することにより、様々な細胞周期を進行させる遺伝子の発現をオフにしています。

p53の働きがもしなくなってしまうと、p21が発現されなくなり、その結果CDKに対する抑制が解除されて、CDKはRBをリン酸化します。リン酸化されたRBはE2Fと結合できずに標的遺伝子のDNAから離れていきます。その結果、細胞周期を進行させる遺伝子群の転写がオンになり、細胞周期が進行することになるわけです。

Cell cycle regulation: p53-p21-RB signaling Kurt Engeland Cell Death & Differentiation volume 29, pages946–960 (2022) https://www.nature.com/articles/s41418-022-00988-z

 

科学研究論文の書き方

科学研究論文には作法があります。作法を知らずになんとなく書いていても、決して良い論文は書けません。作法を学ぶベストな方法は、良い論文を読んで分析してみて、それを真似することだと思います。

仮説の提示

科学研究の作法は、仮説の検証です。ですから論文では仮説を提示する必要があります。We hypothesized that ~というのが一番あからさまな仮説の提示方法ですが、必ずしもhypothesizeという言葉を使う必要はありません。疑問の形だったり、知識のギャップに言及する形でも、間接的に仮説を提示することが可能です。

例 Despite the experimental tractability of developmentally patterned processes in mice, a molecularly specified neural circuit that governs male mating remains to be defined. マウスにおける定型的な発生過程は実験的に操作しやすいがそれにもかかわらず、オスの交尾行動を支配する分子的に特定された神経回路はまだ同定されていない。https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)00798-5

上の例文では、知識のギャップを提示していますが、そこで暗に示されている仮説は、「分子的に規定された神経回路によって交尾行動は支配されている」というものです。

別の論文の例も観てみましょう。

例  It is unknown whether multiple or a single neuronal type is responsible for the control of mammalian locomotion. 哺乳類における運動の制御が複数の神経細胞タイプによって担われているのか、それとも単一の神経細胞タイプが担っているのかは不明である。https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)01452-5

知識のギャップの提示していますが、同時に、「運動の制御を担うのは1種類の細胞であるか、それとも、複数種類の細胞であるか」という仮説の提示にもなっています。

二次神経形成 secondary neurulation

外胚葉の一部が神経板になり、それが内側に折れ込んで管を作るのは、一次神経形成 primary neurulationと呼ばれます。それに対して、中胚葉の細胞が凝集して棒状になり、内部に空隙ができることで神経管ができるものをsecondary neurulationと呼びます。secondary neurulationは主として、尻尾の部分で生じます。ヒトには尾がないので、secondary neurulationは顕著ではありません。

下の図で、(a)が一次神経形成による神経管のできかた(管の断面図)。(b)が二次神経形成における神経管のできかた。管をつくるのに、こんなに方法が違っていてもいいというのは驚きです。

https://www.sciencedirect.com/topics/immunology-and-microbiology/neurulation

  1. 神経管 脳辞典 https://bsd.neuroinf.jp/wiki/神経管 哺乳類や鳥類胚の尾部においては、中胚葉性間葉細胞の上皮化による神経管の形成が見られ、この様式は二次神経形成 (secondary neurulation) と呼ばれている。

下の図が非常にわかりやすい。マウスの尾部ではSecondary neurulationが生じることが一目でわかります。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925477304001133

ホップフィールドネットワーク(Hopfield Network)とは?

ホップフィールドネットワーク(Hopfield Network)は昔から名前は知っているのですが、何かという理解は全くしていませんでした。そうこうするうちにホップフィールドさんは2024年度ノーベル物理学賞を獲ってしまいました。

わかりやすい巷の解説のリンク集をつくっておきます。

  1. https://ml-jku.github.io/hopfield-layers/
  2. https://developers.agirobots.com/jp/deep-learning-2020-hopfieldnetwork/
  3. http://cda.psych.uiuc.edu/matlab_pdf/nnet.pdf  MATLAB Neural Network Toolbox User’s Manual