インドの科学者、人間の脳幹を最も詳細に再現した3Dアトラス「ANCHOR」を公開

脳に隠された司令塔を地図にする

1世紀以上にわたり、神経科学者は初期の地図製作者が未知の土地を描いたのと同じように、人間の脳を研究し、散在する観察結果をつなぎ合わせて広大な全体像を組み立ててきた。今日でも、アルツハイマー病を診断する病理医が調べるのは、約860億個の神経細胞を含む臓器から採取された、ほんの数点の組織サンプルにすぎない。この限られた観察範囲では、脳の大部分が見えないままだ。

インド工科大学マドラス校（IIT-M）のスダ・ゴパラクリシュナン脳センター（SGBC）の科学者たちは、この隔たりを埋める大きな一歩を踏み出したと考えている。細胞レベルの解像度を備えた、人間の脳幹のものとしては世界で最も詳細な3Dアトラスを作成したという。ANCHORと名付けられたこのデジタル地図は、「3D再構築による人間の脳幹の神経化学的特性評価アトラス（Atlas of Neurochemical Characterisation of the Human Brainstem with 3D Reconstruction）」の略称だ。脳全体のMRI画像から個々の神経細胞まで、各構造の正確な位置関係を保ちながら研究者がたどれる。

このアトラスは、胎児期、幼少期、成人期の脳から得た500以上の組織切片を統合している。免疫染色と呼ばれる8種類の化学マーカーを用いて、異なる神経化学的な細胞種を識別する。その結果、脳幹全体で200を超える脳細胞の集団と神経経路を特定した。高価な分子アトラスとは異なり、ANCHORは高解像度の顕微鏡画像をもとに作られており、細胞レベルの詳細なマッピングを、より低コストで容易に拡大できる。

このプロジェクトは、政府、学界、慈善分野のリーダーらが出席した第3回BRICS神経科学シンポジウム2026で、IITマドラス校が発表した。公開は科学上の節目であると同時に、世界の神経科学におけるインドの存在感の高まりを示すものとなった。

脳幹が神経科学の最後の未開拓領域であり続けた理由

脳幹は脳の底部にある小さな領域にすぎないが、人の生命を維持している。脳と脊髄をつなぎ、呼吸、心拍、血圧、睡眠、覚醒、体温、運動を調節する。内部の小さな細胞集団が損傷すると深刻な事態になり得る一方、構造が密集しているため、詳細な地図を作る試みは長年困難を極めてきた。

SGBCの上級研究者で、プロジェクトを主導した研究者の一人であるミハイル・ボタ博士は、脳幹は脊髄を介して脳と全身を結ぶ重要な橋渡し役でもあると指摘した。脳神経12対のうち10対が脳幹にあり、自律機能、感情の調節、目的に沿った行動でも大きな役割を担っている。

脳幹のマッピングが特に難しいのは、何千もの神経細胞と神経線維の経路が狭い空間に密集しているためだ。構造のばらつきも大きく、異なる神経核や制御中枢がごく短い距離の間に現れたり消えたりする。生きた患者の脳幹を安全に生検することはできないため、研究者は死後組織、薄切片、染色、画像化、計算による再構築に頼らざるを得ない。この時間と手間のかかる慎重な作業が、これまでの地図の規模と詳細さを制限してきた。

科学者たちは複数の動物種の脳を驚くほど詳細にマッピングしてきたが、人間の脳については、詳細な脳組織研究が少なく、相対的に解明が遅れている。人間の脳は一つひとつ異なり、倫理面、技術面、実務面の障壁もあって、大規模な研究は難しい。ANCHORは、人間の組織から直接作成した高解像度の参照資料を提供することで、この隔たりを埋める助けとなる。

ANCHORの構築：500枚の切片からデジタルアトラスへ

ANCHORのチームは、人間の脳全体を細胞レベルの解像度を持つ3Dデータベースに変換する、高処理能力の脳画像・計算プラットフォームを開発した。提供された脳を受け取り、厳密に管理された時間内に処理することから始まる。SGBC所長のモハナサンカル・シヴァプラカサム教授が「おおむねニンジンのような形」と説明する脳幹を、厚さわずか10～20マイクロメートルの切片にする。1マイクロメートルは人間の髪の毛の幅のおよそ5分の1で、非常に薄い切片だ。

切片は化学的・生物学的処理を受けた後、デジタル上でマッピングされ、注釈が付けられる。高度なAI画像処理ツールと高性能コンピューティングによって切片を極めて正確に位置合わせし、元の脳幹を3次元で再構築する。約20人の科学者が18カ月をかけて200以上の脳切片を手作業で分析し、MRI画像、顕微鏡で見た解剖学的構造、3D再構築を一つのアトラスに統合した。

組織切片には、相補的な8種類の免疫染色が施された。これらの化学マーカーはフィルターのように働き、異なる神経化学的な細胞種を浮かび上がらせる。その結果、MRI、ブロック表面画像、細胞レベルの解像度を持つ組織学的画像を組み合わせた、多モードの資料が完成した。研究者は脳幹の任意の地点を複数の解像度や染色方法で調べ、通常なら見えない解剖学的・化学的な詳細を明らかにできる。

このような細胞レベルのマッピングには、厳しい条件下で脳を採取し、処理しなければならない。チームは、組織の完全性を保ち、画像化の妨げとなる血液の残留物を取り除くため、専用の手順を開発する必要があった。この作業には、神経科学者、神経解剖学者、組織学の専門家、画像処理の専門家、計算科学者の知見が求められた。

脳全体の画像と個々の細胞をつなぐ

現代の神経科学は長く、二つの別々の世界に分かれてきた。MRIは脳全体を映し出すが、細胞レベルの詳細はわからない。顕微鏡は個々の細胞を見せる一方、観察できるのは孤立した切片だけだ。切片同士と脳全体の構造との空間的な関係は失われがちである。この隔たりのため、臨床医や研究者は、画像上の脳と顕微鏡下の脳を対応させられずにいた。

ANCHORはその隔たりを埋めようとしている。利用者は、MRIで見た脳幹全体から個々の神経細胞まで、正確な位置関係を保ったまま拡大して見ることができる。この統合こそが、アトラスを類例のないものにしている。単なる別の解剖図ではなく、医療画像と細胞病理学をつなぐ橋なのだ。

ハーバード大学医学大学院とニューヨーク大学に所属する神経病理学者、レベッカ・フォーカース博士は、SGBCのチームと共同研究を行った。30年以上にわたり、何千もの脳を調べてきた博士は、この新たな資料について、長年思い描いてきた職業上の夢が実現したものだと語った。

インドのセンターが作り上げたのは、私がキャリアの初期に夢見ていたこと、つまり脳画像と脳の微細な解剖学的構造を一致させることです

タタ基礎研究所のインド人神経科学者、シュバ・トレ博士は、このプロジェクトを工学、神経科学、医学の「前例のない統合」と評した。この取り組みによって、インドは国際社会の場に加わったと述べた。

IITマドラス校の人間脳組織学プログラムの設計と立ち上げに協力した、コールド・スプリング・ハーバー研究所の脳科学者パルタ・ミトラ博士は、詳細な脳アトラスは神経疾患の研究に大きな変化をもたらし得ると語った。アルツハイマー病や自閉症などの状態にある脳が、健康な脳とどう異なるのかを、細胞ごとに明らかにできるからだ。

パーキンソン病から脳卒中まで：ANCHORが明らかにする可能性

このアトラスは診断ツールではない。最大の価値は、科学者が問いを立てる助けとなる点にある。健康な脳幹の地図を病気の組織と比較することで、パーキンソン病や脳卒中からアルツハイマー病、乳幼児突然死症候群（SIDS）に至るまで、さまざまな疾患への理解が深まる可能性がある。

パーキンソン病は、脳幹にある黒質でドーパミンを産生する神経細胞が徐々に失われることと関連している。脳卒中は、まだ十分に解明されていない形で組織を損傷することがある。アルツハイマー病も脳幹領域の変化と関連付けられてきた。より精密な地図があれば、脳神経外科医が脳の中でも特に繊細な領域を、より確信を持って手術できる可能性がある。

フォーカース博士は脳卒中を例に挙げた。このアトラスによって、損傷していてもまだ回復の見込みがある脳組織を医師が保護する助けとなり得る新たな特徴が見つかり、患者の転帰改善につながる可能性があるという。

ミトラ博士はまた、ANCHORのようなアトラスが、新型コロナウイルス感染症を含む感染症が、どのように長期的な神経障害を引き起こすかを解明する助けになる可能性を指摘した。脳幹は呼吸や覚醒などの機能を制御しているため、ウイルスや炎症がその細胞に及ぼす影響を理解すれば、感染後に続く症状の研究に新たな道が開けるかもしれない。

ほかにも、睡眠医学、発達障害、加齢に伴う変化の研究への応用が考えられる。脳幹は胚の発生初期に形成が始まり、胎児がまだ子宮内にいる間に、重要な神経結合を急速に確立する。人生の後半には、脳幹のいくつかの構造で神経細胞が失われ始める。病気で何が起きているのかを特定するには、こうした正常な発達や加齢による変化を理解することが不可欠だ。

オープンサイエンス、国際協力、BRICSでの発表

ANCHORは、6月5日から7日までIITマドラス校で開催された第3回BRICS神経科学シンポジウム2026で公開された。シンポジウムには、BRICS諸国の神経科学者、臨床医、大学関係者、研究者が集まった。発表には、インド政府首席科学顧問を務めるアジャイ・クマール・スード教授が主賓として出席した。インフォシス共同創業者でSGBCの主要支援者であるクリス・ゴパラクリシュナン氏、IITマドラス校長のV・カマコティ教授、SGBC所長のモハナサンカル・シヴァプラカサム教授も出席した。

スード教授は会場で、脳幹病変の影響を受けた特定の細胞集団を地図から特定できる可能性があり、臨床応用にとって重要となり得ると述べた。また、このプロジェクトを神経生物学における大きな成果と呼び、機関、国、分野を横断するセンターの取り組みを称賛した。

これは神経生物学分野における大きな成果です。MRI、組織学、詳細な化学構造を統合した多モードの枠組みです。人間の脳幹を最も詳細かつ包括的に示す地図となり、デジタル形式で一般に公開されます

このプロジェクトでは、組織の入手にインドの医療機関の協力も欠かせなかった。CMCヴェロール、政府運営のキルポーク医科大学、スリ・ラマチャンドラ高等教育・研究機関、メディスキャン・システムズが、さまざまな年齢や背景を持つ人々の脳の取得を支援した。病院、技術者、神経科学者の連携が、アトラスの作成に不可欠だった。

研究者たちはウェブサイトanchor.humanbrain.inを通じてANCHORを一般公開している。オープンアクセスはプロジェクトの設計の中心にある。チームは、アトラスを限られた内部資料ではなく、共有の研究基盤にしたいと考えている。

より大きな使命：生涯と疾患にわたる100人分の脳をマッピング

ANCHORは、さまざまなライフステージや神経疾患を対象に、人間の脳を細胞レベルの解像度で包括的にマッピングする、SGBCのより大きな取り組みの一環だ。センターは2024年、発達中の胎児の脳を詳細に示すアトラス「DHARANI」を公開した。現在は妊娠後期、幼少期、さまざまな神経疾患を対象とした追加のアトラスを作成している。

進行中のプロジェクトの一つは、虚血性脳卒中を起こした脳の詳細なアトラスで、チームは今後1年以内の公開を見込んでいる。センターは、アルツハイマー病や認知症を含め、さまざまな年齢や神経疾患の人々から得た人間の脳全体100例以上を画像化する計画だ。病気が脳を細胞ごとにどう変えるのかを明らかにする、参照用ライブラリーの構築を目指している。

シヴァプラカサム教授は、この成果は科学上の達成であると同時に、医学や臨床現場に大きな恩恵をもたらすものだと述べた。臨床医は初めて、MRIやCTを大幅に上回る解像度で、脳幹の詳細な姿を把握できるようになる。脳外科手術をはじめ、さまざまな分野での応用を期待しているという。

センターの主な資金は、インフォシス共同創業者のクリス・ゴパラクリシュナン氏と妻のスダ・ゴパラクリシュナン氏による基盤的な寄付で賄われている。民間機関や慈善団体からの助成金に加え、インド政府からの初期支援も受けている。現在、チームには200人を超える研究者、技術者、専門職員が在籍し、約20カ国の共同研究者と連携している。

この取り組みが世界の神経科学に大きく貢献することを願っています。インドには、手頃な科学と技術を重視する意識があります。技術は最終的に、社会と人々のために役立たなければならないからです

タタ基礎研究所生物科学部門の上級教授兼共同部門長、ヴィディタ・A・ヴァイディヤ教授は、ANCHORのようなオープンアクセスの研究資料は、国際協力を進め、発見を加速させるうえで欠かせないと述べた。SGBCが神経解剖学で主導的な役割を果たし、細胞地図に分子レベルの情報を重ねる空間トランスクリプトミクスへと研究を拡大するなか、インドは神経科学研究の重要な世界的拠点として台頭しつつあるとみている。

要点

• IITマドラス校のスダ・ゴパラクリシュナン脳センターの研究者が、細胞レベルの解像度を持つ人間の脳幹の無料3Dアトラス「ANCHOR」を公開した。
• アトラスは、胎児期、幼少期、成人期の脳から得た500以上の組織切片について、MRI、高解像度の組織学的画像、8種類の神経化学マーカーを統合している。
• 脳幹の神経核と神経線維束を200以上特定し、脳全体の画像から個々の神経細胞までたどることができる。
• 脳幹は呼吸、心拍、血圧、睡眠、覚醒、運動を制御しており、臨床研究には詳細な地図が不可欠だ。
• パーキンソン病、脳卒中、アルツハイマー病、睡眠障害、SIDSの研究や、脳外科手術の計画への応用が期待される。
• ANCHORは現在、研究用資料であり、診断ツールではない。査読前の論文としてbioRxivで公開されている。
• SGBCは、胎児脳アトラス「DHARANI」などこれまでの成果を基に、生涯にわたる各段階や神経疾患を対象に、人間の脳全体100例以上をマッピングする計画だ。