　理化学研究所は2016年6月17日、ショウジョウバエの嗅覚回路の神経活動の記録と解読に成功し、匂いの好き嫌いを決める脳内メカニズムを解明したと発表した。同研究所脳科学総合研究センターの風間北斗チームリーダーらの研究チームによるもので、成果は同月16日、米科学誌「Neuron」オンライン版に掲載された。

　動物にとって、匂いの認識は生存に関わる重要なことだ。しかし、匂いの好き嫌いが脳のどのような情報処理によって決定されるかは、これまで解明されていなかった。その理由の1つとして、匂いに反応する多数の神経細胞を記録することが技術的に難しいということが挙げられる。

　そこで研究チームは、ほ乳類よりもはるかに少ない数の神経細胞で、ほ乳類と類似した機能を発揮するショウジョウバエ成虫（ハエ）の嗅覚回路に着目し、神経活動から匂いの嗜好を解読することを目指した。

　まず、匂いの好き嫌いを評価するために、ハエの行動に応じて匂いや景色が変化する「仮想空間」を構築し、その中でハエが匂いに対してどのように反応するかを観察した。その結果、ハエは84種類の多様な匂いに対して誘引（留まる行動）から忌避（逃げる行動）までさまざまな反応を示した。

　次に、ハエの嗅覚情報を処理する触角葉という脳の領域が、匂いに対してどのように応答するかを調べた。ハエの触角葉は、約50個の糸球体という球状構造で構成されており、匂いは糸球体群の神経活動パターンとして脳に表れる。研究チームはレーザー顕微鏡を用いたカルシウムイメージングによって、この糸球体群の神経活動パターン全体を記録することに成功した。

　さらに、これらのデータを組み合わせることで、糸球体群の活動からハエの匂いの嗜好を定量的に解読する数理モデルを作成した。その結果、各糸球体は固有の割合で誘引もしくは忌避に貢献し、それらの活動の総和でハエの行動が説明できた。これは、「匂いの嗜好は特定少数の糸球体の活動によって決定される」という従来の仮説を覆す結果だ。

　この数理モデルは、新しく与えられた匂いの混合物や濃度の異なる匂いに対する行動も予測することができた。糸球体の活動を人為的に阻害もしくは増進すると、ハエの行動が数理モデルの予測通りに変化することも分かった。また、匂いの好き嫌いは絶対的なものではなく、直前に嗅いだ匂いの種類や頻度によって変わることを予測し、その現象を実証した。

　嗅覚回路の機能やその基本的な配線図は、ハエからヒトまで共通であることから、この成果は、匂いの好き嫌いを決める普遍的な脳内メカニズムの理解につながることが期待できる。また、神経活動を解読するアプローチは、脳が情報をどのように処理しているかの解明や、さらには神経活動によって機器などを操作するブレイン・マシン・インタフェースの改良などにも役立つ可能性があるという。