神戸駅徒歩5分、高速神戸駅徒歩1分の場所で姿勢改善パーソナルジムをしているpersonal gym idéal【パーソナルジム イデアル】代表の奥出大智です！！
このコラムでは普段、反り腰や猫背などの姿勢改善、前ももが張ってしまう人に向けたコラム、ダイエットやボディメイクをしている人、これから始めようと思っている人に向けた情報を発信しています。
今回は少し違った情報をお届けします。
今回ご紹介するのは「脳」の進化、「神経」の発達についてです。
脳や神経についてジムなどで触れている場所は正直少ないかと思います。ですが、脳や神経はみなさんが思っている以上に重要な存在でありどのようにして人間が今の生活を行うにあたり脳が進化してきたのか、そして神経が発達したのかを少しでも知っておくのもいいのではと思って今回ご紹介しようと思いました。
専門用語や難しい言葉がこれから並びますがこんな過去があったから今の人がいるんだというふうに思いながら読んでもらえるととても嬉しいです。
生物学的「脳」の進化
そもそも脳とは何か？神戸駅のパーソナルジムトレーナーが教えます
みなさんにとって脳とはどんな役割を持ったものだと思いますか？
触る、食べる、寝るなど人が行うあらゆる動作を指示しているのか「脳」になります。
ここでは脳とはどういうものなのかについrてご説明します。
脳とは、たくさんの神経細胞の集まりになります。約1000億個のグリア細胞やニューロンが集まってできていると言われています。神経細胞とは、簡潔に説明すると外部からの刺激に応答する為のものの細胞です。この外部刺激ではイオンチャネルと言われるものの変化を利用しています。
食べる、触るなどは脳からの指令によって行動に移りますが、その行動に移るにあたり脳から身体に指令を伝達させる必要があります。逆に脳に対して情報を送る特にもこの伝達は必要なのですが、ここで重要になってくるのが神経伝達です。神経伝達の仕組みとしては、まず第一に樹状突起と言われる場所で刺激を受容します。その次に先ほど少し触れたイオンチャネルの変化で活動電位が生じます。その活動電位が軸索上を電動し末端のシナプスを介入して情報の伝達を神経伝達物質として送ります。神経伝達物質には興奮性と抑制性の2種あります。興奮性でみなさんがわかりやすいのはグルタミン酸、抑制性ではギャバが挙げられます。興奮性の神経伝達物質が流れると陽イオンが流入され脱分極が起き。抑制性では陰イオンが流入し過分極が起きます。これによりシナプス後神経細胞の働きが決まります。
簡潔に上記のような動きが脳では起こっているわけですが、人間が人になるずっと昔では脳というものがない時代がありました。つまり神経細胞を持っていない生物も存在していたということになります。その生物のことを原生動物と言いますが、これらの生物は神経細胞を持っていませんでした。そんな中でも生き延びる為に、イオンチャネルを外部環境に適応させる事で生き延びてきました。とはいえこの状態ではその時代の環境においてデメリットの方が大きかったので進化の過程で神経細胞を持つ生物が誕生しました。それが刺胞動物の誕生です。みんさんが想像しやすいのが「クラゲ」です。そのほかにもヒドラというもの挙げられます。ちなみにヒドラは一番最初に神経系を獲得したとも言われており散在神経系という全身に神経を張り巡らせています。この生物の特徴としては、不規則な神経配列、刺激に対して全身で反応するというのが挙げられます。ですが、これが不随意的な運動を可能にしており、これらの生物には開口神経環というものがあり神経の集合体のようなものですがこれが口の周りにあると言われております。口の周りに存在している理由としては生物である以上は捕食することからは避けられないので生き延びるという為にも口の周りに存在してると言われています。開口神経環は中枢神経系の元となる構造をしてます。
少し長くなりましたが、脳とは神経細胞の集合体でありその脳には様々な神経伝達物質が届く事でいろんな動きなどを可能にしているという事です。
動物の進化から脳を知る
学生の頃に生物の授業で脊椎動物と無脊椎動物などの勉強をしたかと思いますが、ここでは脊椎動物の「脳」について特徴などを紹介していきます。
脊椎動物には魚類、両生類、爬虫類、鳥類、哺乳類がいます。それぞれ生息する環境が違うので当然脳の発達も違います。
魚類では中脳と小脳が発達しています。両生類では中脳は発達していますが小脳は未発達です。爬虫類では全体的に両生類よりかは発達しています。鳥類は小脳と中脳が発達していますが、特に小脳の発達が著しいです。最後に哺乳類では他の生物とは少し違い、大脳が発達しています。
※両生類と爬虫類の違いは頸椎があるかないかの違いです。
小脳の働きは主に知覚と運動機能の統合です。姿勢や筋緊張、随意運動などが挙げられます。小脳が発達している生物は鳥類と魚類であり未発達な生物は両生類になりますが、小脳の発達は運動能力の高さを示します。ここでいう運動能力の高さとは運動できる方向性の自由です。（急な方向転換など）
人間の小脳は機能的な分類として主に3つに分かれています。一つが前庭小脳（古小脳）でこれは前庭覚、視覚に関わります。もう一つが脊髄小脳（旧小脳）です。これは姿勢や歩行、体幹の運動に関わります。人は大脳が発達していますが、大脳が発達する前まではこの脊髄小脳がボディイメージなどを行っていたと言われています。最後に大脳小脳（新小脳）です。これは四肢の運動や言語の抑制に関わり大脳に似た役割を持っています。
脊椎動物の脳では、魚類は延髄が最も大きく２番目に中脳が大きいです。両生類は延髄・中脳ともに魚類よりは小さいです。鳥類は延髄は他の領域と比較すると小さいですが、中脳は大きいです。この中脳や延髄などの大きさはどれだけ発達したかを意味し機能的な能力が高いことを意味しています。
延髄の働きとしては生命維持機能の中枢になります。呼吸中枢や心臓中枢など生物が生きる上で最も重要な部分にあたります。そして、延髄を最も発達させているのは魚類です。魚類の生活環境は水中でありして水にも淡水や海水があります。さらに深水域も関わりこの領域が変わればph値が変化してきます。深くなればなるほどph値が低くなりアルカリ性→酸性に変わります。地上に比べて水中での生活は生命維持機能が重要になってくる為、水中にいる魚類が最も延髄が発達したわけです。
魚類と鳥類は中脳が発達していますが同じ中脳でも役割が変わってきます。中脳の働きは視覚・聴覚・眼球運動に関係してきます。そして魚類が最も優れた感覚は聴覚です。エラや側線器を使って水の揺れを検知しているわけですがエラや側線器の役目を人では鼓膜が担っています。中脳には上丘と下丘の2つに分類され聴覚は下丘の方に分類される為、中脳の下丘が発達しています。鳥類は聴覚ではなく視覚を使って獲物を探す為、視覚と眼球運動が発達した中脳の上丘が特に発達しています。
このように同じ脳が発達していてもスイカつ環境によって同じ発達でも役割は全然異なってきます。
ジムトレーナーが教える脳の発達と呼吸
呼吸器系が発達している生物は哺乳類と鳥類です。哺乳類には横隔膜、鳥類には気のうといものが存在しています。
※気脳とは、酸素など空気を溜め込んでおく袋のようなものです。
呼吸器系の発達による変化として一番大きいのが変温性→恒温性へと変わったことです。変温性の時ではなるべく体温を保つ為に地熱からの温度を介して保っていましたが、四足歩行からの脱却、体幹との位置関係などで地熱からの依存が解放されました。
鳥類の進化では、恐竜の時代にまで戻りますが、大昔は今よりも酸素濃度が高い時代でした。その為生物や植物などは今よりも巨大であったと言われています。ですが、大規模な自然災害などで一時期大気の酸素濃度が著しく低下した時代がありました。この時に恐竜も含めて多くの生物が絶滅したと言われています。酸素濃度が低なっても生き延びる為に少ない酸素でも活動できるように体を小さくし進化したとさています。それがのちの鳥類などにあたります。酸素濃度がだんだん回復してくる中で体を小さく進化させた生物は酸素が体内で有り余るのでその分のエネルギーを他の箇所に使おうとしその結果として視覚機能を向上させる為に中脳が発達し、獲物などを狩る為などで3次元的な動きを可能にする為に小脳が発達したと言われています。
哺乳類の進化では、恐竜がいた時代では恐竜から逃げて暮らす生活が続いていた為、夜行性＋群れを形成した生活を送っていました。夜行性になると視覚機能が働かないですし、群れを形成した為近くにいるのが敵か味方かを判別するのに嗅覚と触覚を発達させ臭いなどで敵味方を識別させていました。この機能の発達で大脳が発達したというわけです。嗅覚は嗅球という脳の先端部分にあり嗅覚が発達した事で嗅球が前方にと出してきた事で脳の進化の過程で大脳が前に膨らんできたとされ大脳の発達に大きく影響したとされています。
嗅覚や触覚が発達した事で敵味方の判別が可能になった事で安心感を得ることができるようになりました。その結果、体内でオキシトシンが分泌されそれが同族意識を形成させ結果群れを形成するところまで至ったということになります。
※哺乳類は脂肪酸の匂いを嗅いで識別しています。
※オキシトシン＝幸せホルモン
最後に酸素の消費量を部位別で見た時に、骨格筋は18%、肝臓は21%、脳は20％とされています。特に脳は体重の2%にしか満たないのにも関わらず20%も消費する事もあり脳の発達や正常に働く為には呼吸がどれだけ重要かがわかるかと思います。
神経系の発達
神経系の発達−１
続いて、神経の発達ですが、上記で刺胞動物でヒドラという生物を挙げましたが、このヒドラの構造は筒状の胴体と触手になり、臓器は腸のみと言われています。そして、人間の腸も基本構造はヒドラと同じであり、一部の科学者は生物の進化は腸から始まったとも言われています。
進化の過程で中枢神経系が腹側にある前口動物と背側にある後口動物に分かれます。そしてこの別れるタイミングで中枢神経を獲得し集中神経系が誕生します。ちなみに人間は後口動物に分離されます。
集中神経系の誕生で神経系が規則的に配列されるようになります。これにより身体運動の巧みさが大幅に向上します。
集中神経系にはいくつか種類があり、はしご型神経系（扁形動物）、カゴ型神経系（節足/軟体動物）、環状神経系（棘皮動物）、管状神経系（脊椎動物）の4種類あり、はしご型、カゴ型神経系は前口動物、環状、管状神経系は後口動物に分類されます。最も原始的な集中神経系は環状神経系です。これは上記でも伝えましたが、一番最初に神経系を獲得したヒドラがこの環状神経系に含まれているからです。
中枢神経を獲得した時に介在ニューロンという神経細胞もいくつかに別れる形となります。中枢神経系を獲得するまでは生物の運動に必要なニューロンは運動ニューロンと感覚ニューロンだったとされています。ですが、中枢神経系を獲得したことで新たに介在ニューロンが誕生しました。それぞれのニューロンでは運動ニューロンは実行器、感覚ニューロンは感覚器、介在ニューロンは中枢という役割を持っています。この介在ニューロンを獲得したことによって感覚器と運動器の連携をより可能にし限局的な反射運動が可能になりました。
神経系の発達−２
カゴ型神経系では中枢神経系が腹側、つまりお腹が側にあります。この代表例としてはプラナリアが挙げられます。身体の構造としては扁平な構造を持ち、これは移動に適した身体構造となります。さらに神経節を持っています。言い方を変えれば原始的な脳を持っているということです。そして、目が発達しています。これは光が届く浅瀬に生息してたからと言われています。
脳の始まりは神経節と神経が集まった集合体ということは上記で説明しました。そして人間にもあるモノですが、感覚受容器というものが頭部に集中しました。感覚受容器が頭部に集まった事で頭化が起きたと言われています。なぜ、頭化が起きたのか、それは生物は捕食することで生きていきます。捕食するということは口が必要になりますがその口の周囲に感覚器を集めることでより効率よく捕食を可能にする為と考えられています。
目の発達には脊髄が関係しています。脊髄とは視神経が集まってできたモノです。そして背中で光を感じ取る為に背中に視神経を集中させたと言われておりこれは光の変化で身を守る為と考えられています。
ハシゴ型神経系も中枢神経系が腹側に存在します。この神経系の代表例としては「昆虫」が挙げられます。ちなみに昆虫は最も生存種が多いと言われています。昆虫は早い段階で生存圏を空中へと広げました。理由としては地上よりも空中の方が生存する上での競争率が低かった為です。そして、プラナリアよりも明確な頭部があり頭化も進んでいます。さらに身体が節構造になっており神経系も節ごとに分かれています。頭と胴体が離れていても動いている昆虫を見たことがあるかと思いますがまさにあれが節ごとに神経系が分かれていることで動くことが可能になっているということです。
ハシゴ型神経系は脊椎動物の神経系が共通項目が多く、遺伝子レベルでも類似していることが多いです。つまり神経系の形成において必要な遺伝子情報は単細胞生物の時代から持っていたということがここで考えることができます。
脳が支配する身体の特徴
なぜ脳は対側支配なのか？
皆さんは脳が対側支配であるということはご存知でしょうか？
右半身を動かす時には左の脳である左脳が働き、左半身を動かす時には右の脳である右脳が働きます。
ただ、なぜ対側支配であるのかはいくつか説が浮上しているだけで完全に解明されてはいないです。
対側支配の仮説
対側支配の仮説として以下の4つが挙げられています。
ラモン・イ・カハール説、ねじれ仮説、回避行動説、保護機構仮説というものがあります。
ラモン・イ・カハール説は視交叉における仮説であり人は目から入ってくる情報がとても多いです。そして、目に入ってくる情報は網膜で反転します。この時に視覚のみだけでなく感覚情報も統合されることで自分達が普段見えている景色につながっているのではと考えられています。
ねじれ仮説には2種類存在し、体性ねじれ説と軸ねじれ説というものがあります。これらは無脊椎動物から脊椎動物へと進化する過程で対側支配になったと考えられています。体性ねじれ説は中枢神経系などが腹側から背側へと移動する際に180度のねじれが起きた際に脳も対側支配になったのではと考えられています。軸ねじれ説は90度のんねじれが2度起こったと言われています。1度目は前脳と眼、2度目は中脳より下の領域です。
そして、回避行動説と保護機構仮説があります。
対側支配の仮説：回避行動説
個人的に考えているのは回避行動説です。
脳が制御を失った場合、仮に半身が動かせなかった場合には半身全てが使えなくなってしまうことになります。ですが、対側の制御だった場合には半身が動かせなくなってもある程度神経の伝達などを起こすことができる為生き残る過程で効果があった可能性があるからです。
以上、だいぶ専門的な感じで一般の人からすると何を言っているのかいまいちわからないかなとも思いますが、我々が今こうして体を動かしたり、食べる、寝る、など何かを考えたりとる行動の背景には脳の発達が欠かせなかったわけです。
そして、中には偶然持った機能や発達させることでより生き残るうえでの必要なこともあったりといろんな進化の過程で今が悪ということです。
まとめ
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このコラムを書いた人
神戸駅のパーソナルトレーニングジム・イデアル代表 奥出大智
経歴
- 2023年4月〜半年間、大手トレーナースクールにてトレーニング指導及びトレーナーに関する知識を習得。
- 2023年11月～某パーソナルジムにて業務委託契約、月100セッション以上、顧客40名以上を管理。
- 2025年4月独立自身のパーソナルジムをオープン。
所有資格
- NESTA-PFT
メッセージ
出身は、忍者で有名な三重県伊賀市です。
小学1年生～大学卒業までの16年間サッカーをしていました。トレーニングを始めたきっかけもサッカーで当たり負けしない体をつくる為です。
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