(シンポジウム　痛みの基礎と臨床）痛みにおける cortex の役割　：　二次体性感覚野の侵害刺激反応ニューロン

シンポジウム 〔東女医大誌 第58巻 第11号頁1165∼1170昭和63年11月〕

痛みの基礎と臨床

痛みにおけるcortexの役割

一二次体性感覚野の侵害刺激反応ニューロソー

東京女子医科大学 カワ カミ 川 上 第二生理学教室 ヨリ コ 順 子 （受付 昭和63年7月19日）

1．はじめに

大脳皮質の痛みの認知に果す役割については， 20世紀の初頭より，頭部外傷や脳外科手術が痛み の認知と弁別にあたえる影響を報告する多くの臨 床研究が発表され1）∼5），この分野の研究に進歩を もたらした．一方，動物実験においては，刺激の 強さと痛みの程度との関係を他覚的に知ることの 困難さや，使用される麻酔薬による侵害刺激反応 ニューロンの活動の低下などの問題から研究の進 展は遅かった．近年，Kenshaloらは，サルを用い て侵害刺激に反応するニューロンが，SI（primary somatosensory cortex）の3bおよびarea 1に存 在し6），さらに，これらが侵害刺激りintensityを 弁別していることを報告した7）． 大脳皮質において侵害刺激に反応するニューロ

ンは，SI areaのみではなく， secondary somato−

sensory cortex （SII）8）∼10）7b5）9）， retoro insulag），

precentral motor area11）， supPlementary motor

area1’〉にも小数ながら存在することが報告されて いる．しかし，これらの小数ニューロンが，痛み の機構の中でどのような役割を演じているかは不

明である．我々は，SIIにおける侵害刺激反応

ニューロンの存在とその意義について研究を重ね てきた12）∼14）．今回，我々の研究を中心にSII領域 の痛覚の研究について述べる．

2． Secondary somatosensory cortex

SIIは， Adrian15）がネコの末梢刺激によりSII から誘発電位を記録して以来種々の動物で研究が なされてぎた10）16）18）∼20）．その位置はprimary somatosensory cortex（SI）の腹側で外側溝上部 に位置しており，サルでは外側溝の中に深く入り 込んでいる17）18）．また，SIIは， SI同様thalamus から直接の入力を受けている正8）21）こと，体性感覚 の局在（somatotopic representation）が見られる ことが知られている．

3．SIIと痛みの研究

ヒトのSIIは， PenfieldとRasmussen22）が脳外

科手術の患者のcortexを電気刺激することによ

り最初にその存在を報告した．Biemond23＞は， 1956年臨床報告で，半身の持続する強い痛みと過

大痛覚を生前に訴えていた3人の患者で，SIIお

よびthalamusからSIIへの投射路に病変が存在

し，thalamus自体に病変が見られなかったことよ りSIIが痛覚に関連があることを示唆した．さら にHari24）は，歯髄刺激により誘発されるmag−

netic丘eld evoked potentialのAδの波の発生源

がSIIにあることを報告している．

動物実験からの報告は，Table 1に示したが

Anderson8）はネコのSIIより12個の侵害刺激反応 ニューロンを記録し，これらのニューロンが麻酔 薬に感受性が高く，少量のバルビタールでrecep・

tive fieldが小さくなることを観察した．

Whitsello）は， SIIにおけるhigh thresholdニュー

ロンの存在を，Robinson9）は，無麻酔のサルのSII Yoriko KAWAKAMI〔Department of Physiology II（Director：Prof． Ikuko KOYAMA）， Tokyo

88

Table l Studies of pain in SII area

Year References Spieces

1956 Biemond

Human

臨床報告

1960 Talairach

Human

臨床報告

1963 Carreras Cat Unit study（麻酔下）

Anderson

1969 Whitsel et al． Monkey Unit study（無麻酔）

1970 Berkley Cat Lesion＆behaviora】

Parmer study

1980 _{Robinson＆Bur Monkey Unit study（無麻酔）}

ton

1983 Hari et al，

Human

_{Magneto−EEG}

1986 Chudler Monkey Kawakami 1988 _Dong から記録された7個の侵害刺激反応ニューロンの receptive fieldの特色を報告している． しかし，いずれの報告でも，SIIでの侵害刺激反

応ニューロンの数は，記録された全体性感覚

ニューロンから見ると数％から十数％と少なく， この少数ニューロンが，どのような役割を果たし ているかは不明である．そこで我々は，この少数 ニューロンの役割を知るために以下の実験を行っ た． 4．歯髄刺激による誘発電位 バルビタールにて麻酔したサル（macaca fas− cicularis）の上顎犬歯の歯髄電気刺激による誘発

電位をmortor cortex， SI， SIIより記録した．三

叉神経のAδ恥erが興奮する刺激の強さで，この

Aδ丘berに相当する潜時の遅い波がSIIからのみ

記録された（Fig．1）．次にこの遅い潜時の波の発

生源を知るために記録電極をSIIの皮質表面より

深部へ挿入し0，5mmごとに誘発電位を記録し

た．Fig．2に示すようた， P2 P3成分は1．5∼2．Omm で一度平坦化した後，極性の逆転をみた．これは，

誘発電位のこの成分の発生源がSII領域にあるこ

とを示している．この実験から，侵害刺激により ㎜

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E毘P．AM3 A： に頂点を持つ陽性の波が観察された．B： 動野と同様，痛みに関係する潜時の遅い成分は見られなかった．C： 記録された誘発電位．刺激がAδ飾erを興奮させるのに十分な強さであるとき，潜時 の遅い成分が出現してくる12）。 0 0．1 0．2 0．3 0．4 0．5 0．6 0．7 S Fig．1歯髄電気刺激による誘発電位 中心溝の前方，運動野より記録した誘発電位．刺激強度が小さい時にも，26msec 一次体性感覚野にて記録された誘発電位．運 二次体性感覚野で 0．8 0．9

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5 岳 箋 MED晒し LATERAL E属P．AM3 8 雪 塁 呈 Fig．2 SIIより記録された歯髄刺激による誘発電位の皮質内分布 潜時72msecおよび260msecの波は，表面から1．5∼2．Ommで一度平坦化した後，極性 の反転を見た12），

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Fig．3 Escape task

7つのpulseが与えられている間にサルがレバーを押 さなければ，5secの休止が入った後，異なった強さの 刺激が続く（上段）．サルが4つ目のpulseの後，レバー を押すと，刺激は直後に止り，30ses後に再び弱い刺激 が始り，実験が再開する（下段）13）．

誘発される電位がサルのSIIに存在することが証

明されたので，次に無麻酔のサルのSIIより誘発 電位を記録し，サルの行動と誘発電位および歯髄 刺激の強さの関係を調べた． 5．Escape taskと誘発電位 先ずサルを下記のようなescape taskにて訓練 する（Fig．3）：同一の強さの7つのpulseで構成 されたtrain刺激を一つのセットとし，強さを変 えてランダムにあたえる．刺激の強さが十分に強 く，サルが痛みを感じた時点でレバーを押すと刺 激は止り，30秒間の休止後，再び弱い刺激から実 験が開始する．訓練の後，誘発電位記録用として 白金電極を硬膜下SII上に固定する．歯髄刺激電 極は上顎の犬歯に植え込み，皮下を通して，記録 電極と共に頭部に固定する．刺激の強さを増して いくと，三叉神経の活動電位にAδの成分が出現

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Fig．5 歯髄誘発電位に及ぼすmorphineの影響13） Morphine投与によりSIIで記録された誘発電位の潜時の遅い成分は小さくなり，行 動上は，レバーを押さなくなる．この状態は，naloxoneによって一時的に回復する． してきた時点（Fig．4下段）でP2， P3の波が著明 い値を示し， P2， P3，が痛みと関係の在ることを になってくる．この時サルの行動上から痛みを推 示唆している． 測する指標としての％escapeを見ると84％と高 そこで，このP2， P3が強力な鎮痛作用を持つモ

ルヒネでどのように変化するかを観察した（Fig． 5）．P2， P、のamplitudeはモルヒネ投与直後より 減少し100分後も回復していない．行動上の指標で ある％escapeも著しく減少し，やがてサルは全く 刺激を避けなくなる．ナロキソンをこれに与える

と，一時的に誘発電位のamplitudeも，％escape

も回復するがその効果が切れるとともに再び減少 する．

以上の実験からサルのSIIが痛みに関係のある

ことが強く示唆された．そこで，次に無麻酔のサ ルのSIIより侵害刺激に反応するunitを記録し， このunitについて検討を加えた． 6．SIIにおけるunit study

2頭のサルから123個の体性感覚ニューロンを

記録したが，侵害刺激に反応するニューロンはそ

のうち5個であった．5つのニューロンはいずれ

もSIIと7bの境界でIV層に2つ， V−VI層に3つ

存在した．受容野は他の体性感覚ニューロンと同 様で，それ自体に特色はなかった．つまり，大き く頭部全体にわたるもの1つ，比較的大きく対側 に位置するもの2つ，中心に位置するもの1つ，

両側にあるもの1つであった．次に発火頻度をヒ

ストグラムで見ると，thresholdを越えると頻度

が増し，刺激を与えている間は活動が高まってい る．しかし，刺激の強さにより発火頻度が増すこ とはなく，両者に比例関係は観察されなかった． 7．SIIにおける侵害刺激反応ニューロン

の役割について

我々の実験より観察されたようにSIIの侵害刺

激反応ニューロンは，Kenshelo7）の報告したSIの ニューロンと異なり刺激の存在を伝えるものの，

その強さに関しては情報を伝えてはいない．ま

た，受容野に関しては，大きさが様々で，しかも， 両側に亘っている等，侵害刺激の位置の情報に関 係しているとも思えない．それでは，SIIの痛みに

おける役割は，何であろうか？ Friedmanらの

研究は21）25），SIIがmain inputをSIおよび

thalamusのVPI（Ventral posterior inferior）か

ら受け，その情報をinsular cortexを経て辺縁系 に伝達している可能性を提示している．一方，

Mishkin26）はSIIの破壊実験でtactile刺激によ

るサルのトレーニングが著しく障害されることか

らtactileの認識経路がSIIを通ることを推測し

ているが，このような他の体性感覚同様，痛みに

おいても認識とそれに伴う学習や記憶の経路が

SIIを通ることは十分に考えられる．この可能性

を追及するためには，今後動物の行動と侵害刺激

反応ニューロンとの関係，さらにSII破壊実験が

痛みの認識に与える影響など多くの研究が成され なければならず，我々の研究はやっと始つたとこ ろである． この仕事は1984年より1987年にかけて麻酔学教室

より留学したUniversity of Washington， Seattle，

のDr． Willie K． DongのもとでDr． Eric H． Chudler

と共に行った実験を要約したものである． 最後に発表の機会をお与えくださいました小山生 子教授に深く感謝いたします． 追 記 近年動物愛護の運動と共に医学実験に動物を使う ことに反対する声が強まりつつあるが，アメリカ合衆 国では過激な動物愛護の運動家により大学の研究施 設が破壊され貴重な動物や実験データーが失われる 事件が起きている．研究者側もこれに対抗して，動物 実験の必要性や動物の扱い方について一般の人々に 理解を得るようにと新聞等のメデアを通して働きか けると同時に，実験における動物の取り扱いが適切で あるかどうかのself・controlをanimal care委員会を 設けて行っている．今後，日本でも動物愛護運動の高 まりと共に同様の問題が起きてくることも予測され， 我々実験老も日頃から動物の取り扱いが適切に為さ れるように注意をはらう必要があることを留学中に 痛感した． 文 献

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