【2023年版】大脳基底核と小脳の違いは？機能障害・学習・リハビリテーションまで
はじめに
人間の脳は、体の中で最も複雑で強力な器官の一つであり、推定860億個の神経細胞が数兆個のシナプスを介して複雑に結合して構成されています。これらのニューロンは、それぞれ異なる役割を果たす特殊な領域や構造に編成され、生存のための基本的なニーズから最も複雑な思考、記憶、感情まで、さまざまな機能の交響曲を奏でています。
大きく分けて、脳は前脳、中脳、後脳の3つの部分に分けられます。前脳は大脳を含み、脳の中で最も大きな部分で、思考、学習、意識などの高次の機能を担っています。中脳は聴覚と視覚を司り、後脳は小脳を含み、バランス、運動、協調の調節に関与しています。
大脳の奥には、大脳基底核、視床、視床下部などの皮質下構造があり、それぞれが固有の機能を有しています。大脳基底核は運動制御や強化学習に重要な役割を果たし、視床は感覚情報の中継基地として、視床下部は飢え、渇き、睡眠などの基本的な欲求や衝動を制御しています。
今回は、特に大脳基底核と小脳という2つの重要な構造に焦点を当て、それぞれのユニークな機能と脳の全体的な機能において果たす役割について掘り下げます。
大脳基底核の役割は？
そこで、皮質下核の一つである大脳基底核について詳しく説明します：
大脳基底核は脳の奥深くにある構造物で、従来は線条体（尾状核と被殻を含む）、淡蒼球、視床下核、黒質で構成されていました。この核は、運動制御を中心に、習慣形成、意思決定、強化学習など、さまざまな脳機能において重要な役割を担っており、相互に関連し合っています。
運動制御における大脳基底核の役割は、複雑で多面的です。大脳基底核は、運動を開始するのではなく、運動の計画と調節、特に意図的な動作の開始と終了に関与していると考えられている。特に、意図的な動作の開始と終了という点で、計画的かつ調節的な動作に関与していると考えられています。この機能は、運動皮質や小脳など、脳の他の部分と密接に連携しています。
非運動機能に関しては、大脳基底核は報酬に基づく学習と意思決定において重要な役割を果たします。黒質からのドーパミン信号により、大脳基底核は、予想される報酬に基づいて特定の行動を選択する可能性に影響を与えることで、意思決定に影響を与えることができます。
さらに、これらの構造は、強化学習を通じて、目標に向けた行動から習慣的な行動への移行に役割を果たすため、習慣の形成に中心的な役割を果たしています。
大脳基底核の機能不全や損傷は、パーキンソン病やハンチントン病などの様々な運動障害を引き起こす可能性があり、脳機能を正常に保つ上で重要な役割を担っていることがわかります。
小脳の役割
小脳は「小さな脳」とも呼ばれ、頭蓋骨の底部、大脳の後頭葉の下、脳幹の上に位置する明確な構造です。小脳は、脳の体積の約10％しかないにもかかわらず、脳の神経細胞の半分以上を収容しています。この構造の特徴は、表面または皮質が高度に折り畳まれていることで、広い表面積をコンパクトな容積に詰め込むことができることです。
小脳の最も有名な役割は、運動制御です。大脳皮質からの運動指令を微調整し、動きを滑らかにし、バランスを保ち、正確で協調的な動きを実現しています。楽器の演奏やスポーツなど、正確さとタイミングが要求される活動を行うことができるのも、小脳のおかげです。
従来、小脳は運動制御と関連付けられてきましたが、最近の研究では、小脳の役割に認知機能が含まれることが分かってきました。小脳は、注意力、言語処理、学習と記憶の特定の側面、特に手続き記憶（物事の進め方の記憶）に関与しているようです。
学習という観点では、小脳は運動学習において重要な役割を担っています。小脳は、運動動作の内部モデルを形成することにより、練習によって運動技能を向上させるのに役立ちます。このモデルは、動作の感覚的な結果を予測するのに役立ち、動作の修正と改良を可能にします。
小脳の損傷は、運動失調症として知られるさまざまな運動や協調性の問題のほか、言語、認知、気分の問題を引き起こす可能性があり、脳機能における小脳の多様な役割を示しています。
大脳基底核と小脳の違い
| 項目 | 大脳基底核 | 小脳 |
|---|---|---|
| 位置 | 大脳半球の深部に位置します。 | 脳幹の上、大脳半球の下に位置します。 |
| 主な機能 | 動作の計画と調整、強化学習、意思決定、習慣形成に関与します。 | 自発的な動きの微調整と調整、バランス、運動学習に関与します。最近の研究では、認知機能や言語にも関与していることが示されています。 |
| 細胞構成 | 細胞集団であるいくつかの大きな核から成り立っており、それらは線条体（尾状核と被殻）、淡蒼球、視床下部核、黒質を含みます。 | 脳全体の細胞の半分以上がここにあり、大脳よりも体積は大幅に小さいです。非常に折りたたまれた表面（皮質）を持ち、これにより広大な表面積がコンパクトな体積に収まっています。 |
| 他の脳領域との相互作用 | 運動を制御するために大脳皮質や視床と密接に働いています。また、報酬学習のために辺縁系とも相互作用します。 | 感覚系や大脳皮質からの入力を受け取り、主に視床を経由して運動皮質へと出力を送ります。 |
| 機能不全の影響 | 機能不全はパーキンソン病やハンチントン病のような運動障害を引き起こす可能性があります。 | 損傷は失調（調整力やバランスの問題）などの運動障害を引き起こす可能性があります。また、言語、認知、気分の問題も引き起こす可能性があります。 |
| 構造と部門 | 構造的には線条体（尾状核と被殻）、淡蒼球、視床下部核、黒質に分かれます。 | 前葉、後葉、片葉小節葉の三つの部分に分かれています。また、大脳と同様に二つの半球に分かれています。 |
| 神経伝達物質 | 主な神経伝達物質にはドーパミン、GABA、グルタミン酸があります。黒質からのドーパミンは報酬学習に重要な役割を果たします。 | 主な神経伝達物質にはグルタミン酸とGABAがあります。小脳はドーパミンを生産しませんが、ドーパミンの影響を受けます。 |
| 学習と記憶 | 強化学習と習慣形成に関与しており、これらは暗黙的記憶です。 | 主に運動学習と手続き的記憶に関与しています。最近の研究では、認知機能と情動処理にも関与していることが示されています。 |
| 研究と新たな理解 | 学習と習慣形成における大脳基底核の役割、強迫性障害や依存症などの精神障害への関与、運動障害の治療法の開発などが研究の焦点となっています。 | 小脳の認知機能や情動処理への役割は、進行中の研究の主要な領域となっています。また、自閉症やディスレクシア(読み書き障害)などの疾患への関与も調査されています。 |
これらの比較は、二つの構造の違いと相互作用を強調しています。しかし、脳の領域が孤立して機能するわけではないということを理解することが重要です。それらは複雑で相互に関連したネットワークの一部であり、幅広い人間の機能を促進するために調和して働いています。
機能障害をもう少し詳しく
大脳基底核の機能障害
大脳基底核が正しく機能しないと、さまざまな運動障害を引き起こす可能性があります。以下にその例を示します：
パーキンソン病： 大脳基底核の一部である黒質において、ドーパミンを産生する神経細胞が失われる神経変性疾患です。振戦、固縮、無動、姿勢不安定などの症状が特徴です。
ハンチントン病： 大脳基底核の神経細胞の変性が進行し、制御不能な運動、認知障害、精神症状などを引き起こす遺伝病です。
トゥレット症候群： 大脳基底核が関与する疾患で、複数の不随意チックやしばしば声を荒げることが特徴です。
ジストニア： 持続的な筋肉の収縮により、ねじれや反復運動、異常な姿勢を引き起こす。大脳基底核の機能異常によるものと考えられています。
小脳の機能障害
小脳の主な役割は、随意運動の調整、バランスと姿勢の保持です。正しく機能しないと、以下のようなことが起こります：
運動失調： 歩行障害、言語障害、眼球運動障害など、筋肉運動の自発的な調整ができないことが特徴です。
測定障害： 手、腕、脚、または眼球が意図した位置から外れたり、外れたりすることを特徴とする運動の協調性の欠如です。運動失調の一種です。
小脳性認知感情症候群（CCAS）： シュマーマン症候群とも呼ばれ、実行機能、空間認知、言語、感情調節の障害を特徴とし、小脳が認知機能にも関与していることが示唆されています。
なお、脳の機能と機能障害の解明は複雑な研究分野であり、常に新しい知見が得られています。これらは、機能障害がもたらす主な影響の一部ですが、潜在的な影響の全領域は広大で多様なものです。
新人療法士が失敗しやすいポイントは？
小脳や大脳基底核に影響を及ぼす疾患のリハビリテーションは複雑なプロセスであり、新人の理学療法士が技術的にも精神的にも苦労する領域がいくつかあるようです：
技術的な課題
不十分なアセスメント： 患者さんの状態を徹底的に評価することは、オーダーメイドのリハビリテーション計画を立てる上で非常に重要です。しかし、新人の理学療法士は、特に複雑な神経疾患の場合、症状の範囲と重症度を正確に評価することに苦労することがあります。
運動以外の症状の見落とし： 小脳と大脳基底核の両障害は、うつ病や注意力の低下など、認知的・感情的な症状を引き起こす可能性があります。新人のセラピストは、明らかに運動症状に焦点を当て、患者ケアにおいて同様に重要なこれらの側面を見落とす可能性があります。
個別性評価の欠如： 患者さんはそれぞれ、症状や能力、回復のペースが異なります。新人のセラピストは、個人のニーズや経過に合わせてカスタマイズするのではなく、一般的な治療計画を適用する可能性があります。
適応戦略に関する知識が乏しい： セラピストは、患者の自立を支援するために、さまざまな適応策や補助器具を理解する必要があります。経験の浅いセラピストは、利用可能なさまざまな選択肢を十分に理解していない可能性があります。
精神的な課題
期待に応えること： セラピストは、希望と現実のバランスを取る必要があります。患者さんのモチベーションを高めることは重要ですが、回復に対して非現実的な期待を持たせて失望させないことも同様に重要なことです。
進歩の遅れに対処する： 神経学的なリハビリテーションは時間がかかるもので、セラピストや患者さんが期待するよりも遅い速度で進歩することがあります。これは新人のセラピストにとって精神的に辛いことかもしれません。
感情的なストレスに対処する： 深刻な健康状態にある患者と接することは、精神的なストレスになることがあります。新人セラピストは、プロとして冷静さを保ちながら感情をコントロールすることが難しいと感じているかもしれません。
コミュニケーションスキル： 患者やその家族と接するには、強いコミュニケーション能力、共感力、忍耐力が必要ですが、新人セラピストはまだその能力が未熟かもしれません。複雑な医療情報をわかりやすく伝え、精神的なサポートをする必要があります。
これらの問題は、新人セラピストにとっては普通のことであり、経験や継続的な学習、セルフケア戦略によって軽減されることを忘れないでください。フィードバックを受け入れ、より経験豊富な同僚に指導を求めることも、新人理学療法士がこれらの課題を克服する上で大いに役立つことでしょう。
まとめ
結論として、大脳基底核と小脳の複雑な相互作用は、人間の神経生物学にとって極めて重要である。大脳基底核と小脳の複雑な相互作用は、複雑な運動行動を可能にし、多くの認知機能の根底にあり、学習と適応の能力の中心をなすものです。
これらの構造の解明は大きく前進していますが、まだ多くの発見が残されています。新たな研究により、神経細胞間の相互作用の微妙な違いが明らかにされ、人間の健康や行動に及ぼす広範な影響も解明されつつあります。
1981 ：長崎市生まれ 2003 ：国家資格取得後(作業療法士)、高知県の近森リハビリテーション病院 入職 2005 ：順天堂大学医学部附属順天堂医院 入職 2012～2014：イギリス(マンチェスター2回,ウェールズ1回)にてボバース上級講習会修了 2015 ：約10年間勤務した順天堂医院を退職 2015 ：都内文京区に自費リハビリ施設 ニューロリハビリ研究所「STROKE LAB」設立 脳卒中/脳梗塞、パーキンソン病などの神経疾患の方々のリハビリをサポート 2017： YouTube 「STROKE LAB公式チャンネル」「脳リハ.com」開設 現在計 9万人超え 2022～：株式会社STROKE LAB代表取締役に就任 【著書,翻訳書】 近代ボバース概念:ガイアブックス (2011) エビデンスに基づく脳卒中後の上肢と手のリハビリテーション:ガイアブックス (2014) エビデンスに基づく高齢者の作業療法:ガイアブックス (2014) 新 近代ボバース概念:ガイアブックス (2017) 脳卒中の動作分析:医学書院 (2018) 脳卒中の機能回復:医学書院 (2023) 脳の機能解剖とリハビリテーション:医学書院 (2024)
