樹状突起とは？ニューロンの構造・機能とシナプスでの信号伝達

樹状突起とは？ニューロンの構造・機能とシナプスでの信号伝達をわかりやすく解説。役割・仕組み・活動電位や神経再生のポイントまで。

樹状突起は、他のニューロンからの信号を受け取る細長い分枝構造です。受け取った信号は細胞体（またはソーマ）へ伝えられ、そこで統合されます。樹状突起の表面には多数の樹状突起棘（スパイン）が存在し、これらがシナプス接点として重要な役割を果たします。

ニューロンの基本構造と樹状突起の配置

• 多くの神経細胞は数百本の樹状突起をもち、情報の受容面積を広げています。一方で、軸索は通常1本で、ソーマから離れた場所へ信号を送ります。
• 樹状突起は分岐が多く、入力の種類や起源によって特定の枝に偏ってシナプスが形成されることがあります。こうした配線は回路の機能に影響します。
• 樹状突起内部には微小管やアクチン繊維などの細胞骨格があり、形態の維持や輸送（受容体や小胞の移動）を支えています。

シナプスでの信号伝達の仕組み

あるニューロンの樹状突起と別のニューロンの軸索は、シナプスと呼ばれる狭い間隙で接触します。軸索末端に電気的インパルス（活動電位）が到達すると、神経伝達物質が放出されます。これは次の段落で詳述します。

• 軸索末端から放出された化学物質（神経伝達物質）はシナプス間隙を拡散して樹状突起側の受容体に結合します。
• 受容体は大きく分けてイオンチャネル型（イオン作動性）と代謝型（Gタンパク質連結型）があります。イオンチャネル型受容体の活性化は、イオンの流入・流出を直接引き起こし、膜電位を変化させます。
• 代表的な興奮性受容体にはAMPA受容体やNMDA受容体、抑制性にはGABA受容体があります。NMDA受容体はカルシウム透過性があり、可塑性の分子機構に深く関与します。

電気的統合：EPSP・IPSP、時間的・空間的和

樹状突起でのイオン流によって生じる局所的な膜電位変化は、興奮性シナプスであれば興奮性シナプス後電位（EPSP）、抑制性シナプスであれば抑制性シナプス後電位（IPSP）と呼ばれます。これらはソーマに伝播して統合され、以下のような過程で活動電位発火を決定します。

• 空間的和（spatial summation）：複数のシナプスから同時に入力が来ると、それらの効果が加算されます。
• 時間的和（temporal summation）：短時間に同じシナプスから高頻度で入力が来ると電位が累積します。
• 樹状突起自体にも活性なイオンチャネルがあり、局所で増幅や減衰、さらには非線形な計算（例えばNMDA依存的な挙動）を行うことができます。

樹状突起の計算的役割と可塑性

樹状突起は単なる受信アンテナではなく、情報処理の場として重要です。以下の点が注目されます。

• 樹状突起上でシナプス入力が相互作用することで、ニューロンは単純な足し算以上の演算（入力の選択、増幅、AND/ORのような論理演算的機能）を行えます。
• シナプス可塑性（長期増強：LTP、長期抑圧：LTD）は学習・記憶の基盤で、樹状突起スパインの形態変化や受容体数の増減によって実現されます。これらの過程にはカルシウムシグナルやシグナル伝達経路が関与します。
• 軸索から生じる活動電位は樹状突起へ逆行して伝わることがあり（逆行性伝播）、これがシナプス可塑性の調節に関わることがあります。

発達・再生・老化

完全に分化した多くのニューロンは分裂しませんが、脳の一部には一生を通じて新しいニューロンを供給する領域があります。たとえば海馬歯状回などでは成体の幹細胞は機能的なニューロンを再生させることができます。しかし、一般にニューロンは新生後にほとんど分裂しないため、既存の樹状突起やスパインの可塑性が重要です。

加齢や神経変性疾患では樹状突起の萎縮やスパインの減少が観察され、これがシナプス機能障害や認知機能低下に結びつくことがあります。

臨床的意義と研究手法

• 樹状突起やスパインの異常は自閉症スペクトラム障害、統合失調症、アルツハイマー病など多くの神経精神疾患で報告されています。
• 研究では電子顕微鏡、高解像度光学顕微鏡（例えば二光子顕微鏡）、パッチクランプ法などを用いて形態と電気的応答を解析します。

まとめ

樹状突起は多数のシナプス入力を受け取り、局所的な電気・化学シグナルを統合してニューロン全体の出力（活動電位発生）を制御する重要な構造です。樹状突起の形態やスパインの可塑性は学習・記憶や神経回路の適応に深く関わっており、発達や疾患の理解にも不可欠な対象です。

補足：初出の説明を簡潔にまとめると、樹状突起は他のニューロンからの信号を受け取るニューロンの枝であり、そこで生じた電位変化はソーマに伝わって統合されます。軸索はソーマから次のニューロンや筋繊維へ信号を伝え、シナプスにおける化学的伝達（神経伝達物質の放出）を介して樹状突起の受容体が活性化され、イオンの流れが起きます。多数の入力が集まると連鎖的な発火（活動電位）を引き起こすことがあります。

質問と回答

Q: デンドライトとは何ですか?

Q: 信号は樹状突起に入った後、どこに行くのですか?

Q: 1つの細胞は何本の軸索を持つことができますか?

Q: 樹状突起は他の神経細胞から何を運び、細胞体へ送るのか?

Q: シナプスとは何ですか?

Q: 何が神経伝達物質を放出するきっかけになるのですか?

Q: 樹状突起が軸索から多くの信号を受けるとどうなるのか?

文字で検索