会長講演
山梨大学大学院総合研究部
社会脳の成長と発達
相原 正男
Key words : 社会脳、前頭葉機能、認知神経科学、脳の成長・成熟・発達、発達障害
【要旨】脳の成長とは、脳が大きくなり、安定した構造に近づくことである。生態学の研究 から、猿類の大脳皮質の大きさは、群れの社会構造の複雑さ（social size）に比例している ことが報告されている。社会適応に必要とされるヒトの前頭葉、前頭前野の体積を3D-MRI で定量的に測定したところ、前頭葉に対する前頭前野比は乳児期から8歳頃まで年齢ととも に緩やかに増大し8〜15歳の思春期前後で急速に増大した。前頭葉は、可塑性はあるものの 脆弱性の期間が長いことが想定される。脳の成熟とは、脳内情報処理過程が安定した機能に なることで、神経科学的には情報処理速度が速くなること、すなわち髄鞘形成として捉えら れる。生後1歳では、後方の感覚野が高信号となり、生後1歳半になると前方の前頭葉に高 信号が進展した。これらの成熟過程は1歳過ぎに認められる有意語表出、行動抑制、表象等 の前頭葉の機能発達を保障する神経基盤と考えられる。認知・行動発達を前頭葉機能の発達 と関連させながら考察してみると、その発達の順序性は、まず行動抑制が出現することで外 界からの支配から解放され表象能力が誕生する。次にワーキングメモリ、実行機能が順次認 められてくる。実行機能を遂行するには将来に向けた文脈を形成しなければならない。文脈 形成の発達は、右前頭葉機能である文脈非依存性理論から左前頭葉機能である文脈依存性理 論へ年齢とともにシフトしていくことものと考えられる。一方、身体反応として情動性自律 反応が出現しないと社会的文脈に応じた意思決定ができず、その結果適切な行為が行えない ことも明らかとなってきた。
はじめに
小児神経・精神疾患児を診療する際、小児神経 科 医 は 脳 の 成 長（growth）、 成 熟（maturation）、
発達（development）という生物学的観点から評 価して、臨床診断を進めていくことが多い。特に、
発達障害は神経心理学的に前頭葉の機能障害であ ることが理論仮説として提唱されて以来1）、認知 神経科学の進歩とともに脳内メカニズムが急速に 解明されてきている2-4）。そこで、前頭葉の成長、
成熟を神経放射線学的に、前頭葉機能の関係から 社会脳（social brain）の発達過程について認知神 経科学的立場から解説する。
I. 脳（前頭葉）の成長
脳の成長とは、脳が大きくなり、安定した構造 に近づくことである。ホメオボックス遺伝子の発
見により脳幹から脊髄領域の分子基盤が解明さ れ、大脳皮質の発生基盤も次第に明らかになって きた。大脳皮質の発生は、在胎
6
週頃から神経細 胞産生（neuronogenesis）、10週頃から神経細胞の 移動（migration）、16週頃から神経細胞の分化（differentiation）が開始され、それぞれ
20
週頃、25
週頃完了し、分化は出生後も成熟過程は続い ていく。一般に、細胞が分裂、増殖、分化する過 程は、生物学的に脆弱性（vulnerability）が高い ことが証明されており5）、胎児期の放射線被爆、ダイオキシン等の暴露、サイトメガロウイルスな どの先天性感染症では皮質形成異常が引き起こさ れる。皮質形成異常の程度により重度の精神遅滞 から読字障害などの学習障害に至る広範な臨床症 状の原因となりうる。
ヒトの脳はどうして大きくなったのだろうか？
生態学の研究から、猿類の大脳皮質の大きさは、
群れの社会構造の複雑さ（social size）に比例し
ていることが報告されている。特に、群れの階級 構造（hierarchy）に強い相関を認めたとしている。
個体発生は系統発生を辿ると言われているため、
ヒトの前頭葉、前頭前野の体積を
3D
-MRI
で定量 的に測定し、前頭葉に対する前頭前野比を検討し た（図1）
6）。乳児期から8
歳頃まで年齢とともに 緩やかに増大し、8〜15歳の思春期前後で急速に増大した。前述したように急速な成長に関わる細 胞増殖、分化過程は脆弱性が高いため、前頭葉は 脆弱性が長期間にわたることが想定される。低栄 養児における前頭葉の成長障害が、3D-
MRI
にお いて確認されており7）、小児虐待など乳幼児期に 低栄養状態に置かれた児の脳の成長に関しては十 分な配慮が必要である。なぜなら、脳の重量は3
歳に成人の9
割に達し、3歳過ぎまで脳の成長が 遅延している児は、その後の脳重量は正常域に達 しないことが報告されているためである。した がって、脳の成長の臨界期は3
歳と考えられる。II. 脳（前頭葉）の成熟
脳の成熟とは、脳内情報処理過程が安定した機 能になることで、神経科学的には情報処理速度が 速くなること、すなわち髄鞘形成の進展として捉 えられる。髄鞘が形成されることで、神経細胞間 のインパルス伝導速度が
2 m/sec
から60 m/sec
に 至る。現在の環境でヒトが感知、認知し、思考し て行動を起こし記憶に留めておくには、伝導速度図1 前頭前野の成長
前頭葉に対する前頭前野の比は思春期前期か ら急速に増大する。
（Kanemura H、文献6）より引用）
図2 脳の髄鞘形成過程（MRIによる矢状断像）
後方から前方へ、中心から周辺へ髄鞘形成は進展する。
（相原正男、文献8）より引用）
生後1か月（左上）、生後1歳（右下）、生後1歳半（左下）。
が実に時速
200 km
であることが必要条件となる。髄鞘形成の開始、完成時期は脳の部位により異な ることが髄鞘の組織染色で知られていたが、MRI により生体でも観察可能となった（図
2）
8）。生後1
か月では、脳全体が低信号であるが視床と体性 感覚路が高信号となり（図2、左上）、髄鞘形成
が早期に開始されている。すなわち、自己の身体 に関する情報処理から成熟していくことが理解で きる。生後1
歳では、後方の感覚野が広範囲に高 信号となり外界からの情報処理がバージョンアップし（図
2、右下）、生後 1
歳半になると前方の前頭葉に高信号が広がっていく様子が見て取れる
（図
2、左下）。これらの成熟過程は、1
歳過ぎに認められる有意語表出、行動抑制（behavior inhi-
bition）、表象（representation）等の前頭葉の機能
発達を保障する神経基盤と考えられる。髄鞘形成 が代謝異常により先天的に障害を受け、自己免疫 不全により後天的に障害を被ると、皮質間、皮質−皮質下間の相互連絡の障害がおき、離断症候群 を呈する。視・聴覚障害で発症することの多い副 腎白質ジストロフィーが時に性格変化、学業低下 を主訴に発達障害の様相を呈するのは、前頭葉皮 質に連絡する白質の脱髄による伝導離断が原因で
ある9）。
III. 脳（前頭葉）の発達 1） 機能解剖学的背景
脳における情報処理システムは、大脳皮質を経 由する認知処理背側経路と、感覚器からの情報が 直接あるいは皮質を経由して扁桃体に転送される 情動処理腹側経路の二重のシステム構造になって
いる（表
1）。皮質連合野からの出力は扁桃体を
中心とする情動回路、海馬体を中心とする記憶回 路に入力される。情動処理と認知処理が相互作用 を行う脳領域は、前頭葉と考えられている。成人 においては認知処理系である前頭葉背外側部で ワーキングメモリを用いて将来に向けた計画を立 案し、情動処理系である前頭葉眼窩部で社会的評 価（道徳的監視）を受けて意思決定の重みづけ
（bias）をおこなう。社会脳創設の始まりである アイコンタクト、共有注視（shared attention）には、
情動処理系回路を使い前頭葉の発達に寄与してい ることが判明してきた。なお、大脳基底核は手続 き記憶、認知や情動に関わる役割を果たしており、
小脳は空間における運動機能や思考の流れといっ た心的機能を認識することを可能にしている（特
表1 認知・情動・記憶情報処理過程とフィードバック機能
視床前核
に小児期には学習に関与する）。
2） 脳機能の薬理生化学的背景
上述の解剖学的システムが機能的システムとし て作動するためには、ニューロン間の情報伝達が 必要で、それを担っているのが神経伝達物質であ る。胎児期より脳幹セロトニン・ノルアドレナリ ンが海馬、扁桃、小脳形成に、生後の睡眠・覚醒 リズム、這い這いなどのロコモーション、シナプ ス形成に深く関わっている10）。乳児期後期より ドーパミンが大脳基底核、小脳を活性化し、幼児 期より前頭葉機能の発現を促すことが判明してき た。すなわち、脳幹、中脳のアミン系神経系がそ れぞれ固有の上位中枢神経である辺縁系、大脳皮 質、前頭葉の順に発達させることに関与する10）。 後年、ドーパミンが主に関与し実行機能に関わる 背外側前頭前野−大脳基底核−視床サーキット と、共感などの社会的感情に関わるセロトニンが 主に支配する前頭葉眼窩部−辺縁系（海馬・扁桃 体）−視床サーキット、動機付けや強化学習に関 わる前帯状回サーキットが完成されてくる。それ ぞれの発達過程は特定の時期（臨界期）に集中す るため臨界期に適切な環境入力が必要とされてい る。
3） 認知・行動発達と神経心理学的所見、前頭 葉機能の関係（表2）
認知・行動発達を前頭葉機能の発達と関連させ ながら考察してみると、その発達の順序性は、ま ず行動抑制が出現することで外界からの支配から 解放され表象能力が誕生する。次にワーキングメ モ リ（working memory）、 実 行 機 能（executive
function）が順次認められてくる。実行機能を遂
行するには将来に向けた文脈（context）を形成し なければならない11-13）。4） 前頭葉の認知機能（文脈形成）
前頭葉機能の側性化 （lateralization）を検出する 神経心理学的検査である
cognitive bias task
（CBT）の検討から、右前頭葉は新奇な刺激に対する処理
（文脈非依存性理論）を、左前頭葉は既存の情報 に基づく内的提示により行動を導く（文脈依存性 理論）という仮説が提唱されている14）。CBTは、
標的カードを
2
秒間注視させ、その後表示される2
枚の選択カードを自由に選ばせる拡散思考（divergent thinking）を検討するもので、前頭葉機 能の検査には、このような自己の文脈を形成する 思考が必要とされる課題でなければならない。右 利気、正常男児において
5〜6
歳は標的カードに表2 認知・行動発達と神経心理学的所見、前頭葉機能の関係
（相原正男、文献12）より引用、改変）
依存しない選択をしていたが、年齢とともに標的 カードへの依存度は高まり、15歳頃成人レベル に達した（図
3）
15）。年齢に伴い右前頭葉機能で ある文脈非依存性理論から左前頭葉機能である文 脈依存性理論へシフトしていくものと考えられ る。8名の右利き健常成人でCBT
とコントロー ル課題施行中の脳血流量を測定し統計学的検討を 行ったところ、有意に脳血流が上昇した脳内部位 は、左右前頭前野、左下前頭部（言語野）、左後側頭部（形、色の言語的認知に関与する紡錘回）
であった（図
4）
16）。5） 前頭葉の情動機能（共感）
情動は感情を基礎づけている生理的身体過程で あり、認知的評価と結び合わされて情動は言語化 可能な感情になり、社会的ルール/文化、倫理等 の思考により、感情は社会的行動として表出され るものと考えられる。このような観点から、情動 処理系と認知処理系、さらに感情と行為を結びつ ける場である前頭葉の機能的発達過程を、認知神 経科学という視点から明らかにすることは重要で ある。情動の生理学的側面は、外部環境や体内変 化などの感覚入力に対する記憶、経験との照合に より数秒単位で出現する生物学的価値判断であ り、適応行動への動機づけを発生させる。我々は、
誘発性と覚醒性の
2
次元モデルで析出した視覚的 情動刺激を用いて、情動性自律反応の1
つである 交 感 神 経 皮 膚 反 応（sympathetic skin response ;SSR）を同時に記録して情動を評価していた
17,18）。素行障害に至った前頭葉眼窩部と扁桃体離断例と 素行障害を認めない前頭葉背外側部と感覚野離断 例を対象に、誘発性と覚醒性の
2
次元モデルで析 出した視覚的情動刺激によって誘発されるSSR
を記録した。2症例とも画像の認知評価を正確に 回答していたが、素行障害を認めた症例のみSSR
は消失していた（図5）
9）。身体反応として情動性 自律反応が出現しないと社会的文脈に応じた意思 決定ができず、その結果適切な行為が行えないも のと考えられる19）。共感病理の見地からは、認知 的共感は保持されていたが情動的共感が低下した サイコパスの分類パターンと考えられる20）。おわりに
ヒトの社会的適応を担っている社会脳（前頭葉 機能）は、その認知的側面が将来に亘る文脈を形 成し、情動的側面がバイアスとして関わることで 意思決定がなされ、適切な行為に至るものと考え られる。
図4 CBT施行中の脳血流有意差マップ─SPECT
activation study─
賦活された脳部位は、両側前頭前野、左前頭 葉下部、左甲後側頭部であった。（Shimoyama H、文献16）より引用、改変）
図3 Cognitive bias taskスコアーの年齢による変化 右利気、正常男児において5〜6歳は標的カー ドに依存しない選択をしているが、年齢とと もに標的カードへの依存度は高まり15歳頃 成人レベルに達した。（Aihara M、文献15）よ り引用、改変）
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図5 インモラル画像提示時の情動性自律反応（交感神経皮膚反応: SSR）
前頭葉と感覚野離断例（右）はSSRを認めていたが、素行障害を認めた前頭葉眼窩部 と扁桃体離断例（左）はSSRが消失していた。
（青柳閣郎、文献9）より引用）
画像提示 SSR
behavior related to early damage in human prefrontal cortex. Nature Neurosci 2, 1032-1037.
20） Manes F, Sahakia B, Clark L, Rogers R, Antoun N, Ait-
Social brain growth and development
Masao Aihara
Graduate Faculty of Interdisciplinary Research, Graduate School, University of Yamanashi
Key words : social brain, frontal lobe function, cognitive neuroscience, brain growth/maturation/development, developmental disor- ders
The prefrontal cortex, which is critical for temporal organization of the cognitive processes, is among the last cortical regions to reach full functional maturity. Prefrontal functions therefore show an unusually long period of vulnerability in which neurons and glia are easily affected by internal and external insults. Furthermore, early frontal lesions can result in deficits that are not immediately ap- parent, but predispose to later developmental problems such as learning disabilities, attention deficit/
hyperactivity disorder, and even problems with moral judgment.
To fully appreciate the implications of developmental problems in children with frontal lobe dam- age, hypothesis-driven studies are needed to explore functions such as working memory or executive function during childhood, instead of sole reliance on traditional intelligence tests. Two functionally and neurally distinct cognitive selection mechanisms involve the prefrontal lobes : those based on in- ternal representations （context dependent）; and those involving exploratory processing of novel situ- ations （context independent）. We used a cognitive bias task representing contextual reasoning to correlate lateralization with age in the frontal lobes. Young children showed context-independent re- sponses representing right frontal lobe function, while adolescents and adults showed context-depen- dent responses implicating left frontal lobe function. The locus of frontal cortical control in right- handed male subjects thus shifts from right to left as cognitive contextual reasoning develops.
In daily life, we repeat decision-making from several choices consciously or unconsciously. To make decisions and perform under uncertain circumstances, deliberation about possible future conse- quences using probabilistic estimations of both reward and risk is required. Recently, Damasio ［Be- hav Brain Res, 41, 81-94, 1990］ proposed the somatic marker hypothesis （SMH） as an explanation of the processes of human decision-making. In normal controls, sympathetic skin response （SSR）
always appeared 1.5〜2 s after the presentation of aversive/immoral visual stimuli. However, SSR did not appear in a patient with disconnection between the orbitofrontal lobe and amygdala. Failure of a contribution of the frontal-emotional circuits to decision-making could explain patient behavior
（i.e., conduction disorder）. This finding seems to be in agreement with SMH.
Our studies suggest that frontal lobe functions develop gradually, with spurts between 5 and 10 years of age, reaching completion by post-adolescence. Frontal lobe function thus shows increased vulnerability and plasticity in the second decade of life.
ken M. （2002） Decision-making processes following damage to the prefrontal cortex. Brain 15, 624-639.
