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Biomedioal 　Fuzzy 　Systems 　Assooiation

バイオメディカル・ファジィ・システム学会誌　Vol．14，　 No ，1，　 pp ．89− 96 （2012）　　　　　　　　　 Copy1・ight◎2012　 Biomedical　 Fuzzy　Systems　Association

［Original　 article ］（2011年 11月 30日　 Accepted）

神経伝導の量子力学モデルー

準粒子・ポラリトン理論

神経細胞の分極，脱分極，そしてポラリトンの仮説

松浦弘幸1

，根本哲也1，久保田怜

1

1）国立長寿医療研究センター

，長寿医療工学研究部

要約：神経軸索で興奮伝導や量子干渉を伝える媒体として，準粒子・ポラリトンの存在を

考えた．ポラリトンは神経軸索膜で活動電位に伴って発生する分極が量子的波動として，軸

索上や軸索問に伝搬して行く状態を分極ベクトルの回転として量チモデル化したものであ

る．量子的分極波がエファプスやシナプス干渉，興奮の伝導の媒介等，ミクロな視点からの

神経電気現象を担い，この分極ベクトルの変動の伝播・ポラリトンが神経的電磁気現象を伝

える情報担体である．準粒子としてのポラリトン質肚は約 10’251

〈g，スピン 1 の質量を持つ光

子として表現される．裸のポラリトンの質量は，電子質量の 1〜 10 倍程度（6．7xlO’30Kg

）で

ある，通常は，熱ノイズの擾乱に耐えるために，水和した状態で存在する．高々，10個程度

の水分子が，裸のポラリトンに引き寄せられて準粒子を形成する．神経伝導のポラリトンが

持っ基底状態の波長は 1 μ m を中心に 10 μ〜0．6 μ m に存在する．ポラリトンは，シュレディ

ンガー方程式やクライン・ゴルドン方程式に従う． Na ＋，　K ＋の膜の内外への流入・流出が伝

導原因のカレントを形成し，その効果を軸索方向や軸索外に伝搬するのが，媒介粒了ポラリ

トンの役割である．

キーワード：ポラリトン，準粒子，エファブス，分極ベクトル，神経軸索，神経回路網，

ナトリウムイオン流，カリウムイオン流，分極波，波動関数，量子 i渉効果，誘電体

Quantum　Nero −theory，亘onic 　currents 　and 　Polaritons

（Hypothesis　of 　Polariton，　Physical　Estimation 　of 　Polariton　on 　Axo 皿）

　　Hiroyuki　MATSUURAi，　Tetsuya　NEMOTOi ，Ryo　KUBOTAi ’

1／ Dep αrtment （）fGerontechnOlogy，　Nationa ！　CJenter／br　Geriαt〃 CS　and 　GerontOtogy

Abstrac’：ノ P・・脚 ∫e4 酌ε ρ・跏・・切・theses ・f　neu ・一碑・ψ 欄・ es，ψ αρ5ε as θ’・9廨曲 9 溜・齢・・ Th…

一

厂・一ガη啣と闇・es　and 　syna 脚 θ nes 　as　ep 伽 se・a ・e ρ・θρ・9・’e4 加 ρ・la・it・n ・　whi ・h　a 脚た〜n ・ノ吻 τ姐吻・所・les，　i，　e．

guanti・・d　P ・lariza〃・n　wa ・es．　 P ・ia吻醐 W んich　 hα S 脚？ 1．　are 　massive 　ve伽 ρ副 ’σ’ε∫ 祕 tnassive 吻嬬

ρ01α吻 ns 　are 　connecting わehveen 　many わ nic 　czt厂ren4 　Na ，κ1

，　Cfi　etc 　when 　neurons ，　fi加 r∫ 傭 0 η 5ソare 　 cOndu 伽 9

their　 excita 〃o榔．　 The〜Vα

I

　 currents ，’伽廊廨 5 で〜〆”η 8 〃zか厂αη 85 　qズczxons ，　caZt．s’e ’加 κ σ 厂厂ents　to　outside 　of α xons

t乃rough 　charged 　or 　non −eharged 　quantizeゴρ0！arizαtion　W σ V8，　 i．　e．ρ01α所備・ YarioeSS∫惚げ醜毋螂 epha ρse，

脚曜〜C　etc ．，α昭 ’鷹 rmediate ゴ毎 ρ0 ノα漉・ ns ．　 Those　quantum ど漉吻脚 σ召∫ α厂θ σ0 襯脚 n ケ α伽 ∫〃’290 τ‘厂 neural

砌幽厂伽’sconditions 　by　interα cting 　with 　each 　neurone ．　 One ρ〆m ）

’・purposes　is　to　study 　qtfect　of 　qeva伽〃1 〃召一

厂・一’廨吻・η ・・＆ α’吻厂・ρ・∫e 伽・WC ・η・螂吻 θ〃・α’・伽磁 aCC 硼 panied／with 　qt’antum 　inte・feren・… 　！

K 砂脚鳩 ’ polα riton ，　qusai　partたles，　polarization　V80 ’0凧 50ゴ’醐 ionie　currents ，　pota ∬ ium 〜0 廨 currents ・

w α vefanetion ，αxon ，　neur α1　net，　quantz〃所 η ’♂ヴ瞬 ηご L・s，　eP 加ρs

’e，　dielectrie　materials

Hiroyuki　MATSUURA

36−3，Gcngo ．　Morioka −cho ，　Obu，　Aioh〔，474−8511，Japan

Phone：　＋81−562−44−5651（ext，5662），　Fax ：＋81−562 −48−6668 ．　E−mail ：hmatsu＠ncgg ．ge．jp

89

N 工工一Eleotronio 　Library 　






1．はじめに

　神経細胞に微小電極を差し込んで膜電位を観察に関

する優れた研究がなされて，その結果，神経の興奮と

活動電位の伝導に関して詳細な機序が明らかにされて

きた．神経軸索の活動電位の伝導は，静止膜電位から

のナトリウムイオンの軸索内部に流入による脱分極過

程と，それに引き続くカリウムイオンの細胞外流出，

そして，イオンポンプによる再分極過程（復帰過程）

の繰り返しであると理解されている，Hodgkin と

Huxleyは，興奮の伝導を神経軸索のケーブル特性によ

る局彌充とイオン電流を基礎とする静止膜のケーブ

ル方程式に興奮時に見られる能動的な電流の付加項を

加えた方程式から，数理的神経興奮の伝導モデルを発

表した［11．他方，医学的な側面では，A エvanitaki が並べ

られた 2本の神経軸索の間で，

・…方の興奮が他方の神

経軸索に伝導するというエファプス（Ephqpse）を発見

した，これは，

一種の人エシナプスの創造と見なされ

たが，今日，エファプスは脱髄や神経損傷をした病的

な軸索に観察される現象であり，

一般にはこの様な干

渉効果は非常に小さく灼熱痛（causalgia）や神経痛

（neuralgia）等の負の評価しか与えられていない．

我々は，この微弱なエファプスが正常な神経軸索で

も常時存在し，神経細胞の微妙な調整や状態に影響を

及ぼし，時にはマクロな心理現象として，発想，飛躍，

錯誤，幻覚等を引き起こしていると考えている．マク

ロ的にも脳の電磁気学的特性を脳磁図計で観測すれが，

磁場の変動が観察される．物理学的には，空間的な磁

場の変動は電場を生み出す電場の変動は，誘導起電

力や，再度，磁場を発生させる，このような脳の中で

発生する電磁場が，場の発生源でありかつ，その電磁

場の中に存在する神経細胞の活動電位や静止電位など

に影響を及ぼさないはずはない．つまり，少しミクロ

な立場で考えれば，お互いに神経細胞が電磁場を通し

て干渉し，互いに，協調，離反等の活動に使用されて

いる可能性を想定している．先のエファプスもその 1

つである，神経活動が物質反応やイオン等のミクロな

活動で維持されている以上，先人達の偉大な業績がマ

クロな力学や電磁気学に基礎を置く以上，我々は，ミ

クロな物質の相互作用の解明を期待するためには，ミ

クロな力学である量子力学にその神経論的基礎を置く

のは当然といえる．

　この論文では，先人達が光を当てなかった量子力学

に基づいた活動電流・興奮伝導のモデルを提案する，

それは，一連の伝導過程に伴う分極脱分極，そして，

再分極過程を量子化することで準粒子・ポラリトンの

概念を導入し，そのポラリトンの伝播として軸索伝導

を記述した後，ポラリトンが従う方程式を導出する．

その結果，ポラリトンは偏極して質量を伴う光子であ

ることを示した．

2．準粒子としてのポラリトン

　神経軸索では，分極，脱分極，そして，再分極のと

いう一連のプロセスが，ナトリウムイオンとカリウム

イオンの出入を通して行われる，膜内外の活動電位の

時問変化を分極ベクトル（負から正に向かう）の大き

さと方向の変化を模式化した（図 1 ）．

　紙面に垂直な方向から見ている人には，興奮伝達に

伴う分極ベクトルの大きさは，図 A のように見える．

しかし，軸索の軸方向から分極ベクトルを眺めると（図

A の太い矢印），図 B の活動電位の変化に伴い分極ベ

クトルの回転として観察される（図 C）．

翼

聾　膳

難

藩

軽蘓騨

麟

分噸饌

爨

蟻粥黼齟

90





バイオメディカル・ファジィ・システム学会誌　Vol ．14，　 No ．／，　 pp ．89 − 96 （2012）

3．ポラリトン性質

［i］再分極

分極

脱分極

軸索の軸方向より観察

回分極／、

X

ユ．

青い破線：活動電位

赤い実線：分極ベクトル螺旋運動

Fig　1　分極ベクトルの軸索上での変化

図 A と図 C の観察結果より，分極ベクトルは軸索 Eを

回転しながら，軸方向（シナプス方向）に向かって進

む事になる．結局，分極ベクトルの動きは，軸索方向・

（Z 軸方向）に沿う螺旋運動としてモデル化が可能で

ある（図 D ）．

　軸索を構成する膜はリン脂質が中心であるかので，

強誘電体となる．そこでは分極ベクトルが容易に形成

され，その回転運動は分極ベクトル振動となり伝搬す

る，この分極子の振動がポラリトンであり，分極ベク

トルの回転の伝播がポラリトンの運動である．これは，

実在の粒子ではなく，分極した局所に引き寄せられた

水やイオン等から準粒子である．

　次の節で，準粒子・ポラリトンの質量，波長等の物

理的特陸を予測する．

　ボラリトンは分極ベクトル（マクロ的には分極波）

が量子化された轡子である．この牌好が軸索上を

伝導して，興奮・活動電位の伝播が行われる，すなわ

ち，ポラリトンの伝導速度は，分極波が空間や軸索を

伝わる速度に対応する．真空中の分極波は，電磁場の

伝搬凍度に相当して光速だが，軸索上の分極波は有髄

神経の伝導速度に相当すると仮定する．さらに，量子

化された分極波ポラリトンの存在する範囲は，ランビ

エの絞輪の幅 1 μ1n とすると，これは，ポラリトンの

基底状態の波動関数に相当する（図 2 ）．

　　　　　　　ランビエ絞輪

一一

丶　　　　　　　　　！

　丶　　　　　　ノ　、

　　、　一ノ

Fig．2 ランビエ絞輪に存在するポラリトン

図 2 には，ランビエ絞輪に存在するポラリトンの波動

関数の状態図を描いた．実線が基底状態，破線が第 1

励起状態である．基底状態に相当する．基底状態での

ポラリトンの質量を見積もる．簡単な関係式

P ÷ mv 　　　　　（1）

に興奮の伝導速度 v ＝100m ！s，分極子・ポラリトンの

波長 λ＝IO6m，プランク定数とすると，ポラリトンの

質量は約 6．7XIO’30kg

禾，

／・JR．となり，電子質量の約 10 倍

を持っことになる，自由なポラリトンの運動エネルギ

ーは，

E・

一去調 X 晦・・　　（・）

程度となり，水素結合エネルギーより 1げ倍，電子の

運動エネルギー

の 10倍ほどである．結局，質量を持つ

光了一としてのポラリトンは，質量は約 6．7XIO

−3°kg のス

ピン 1の準粒．f一と見做される．

91





神経伝導の量子力学モデルー準粒子・ボラ

1丿トン理論

　次に常跼での熱エネルギーがポラリトンに与える影

響を検刮する，温度 T ＝ 300K での熱が持つエネルギー

量はボルツマン定数を用いて，

んノ司 2 × 1σ21（J）（3）

であるが，裸のポラリトン運動エネルギーは，或 2）と

（3）より，熱エネルギーより，lO’s倍ほど小さい．この

ために裸のポラリトンは，熱運動の擾乱を受け熱ノイ

ズにより正常の運動や庸報を担う事が iii1来ない．しか

し，運動エネルギーは質量に比例するから，ポラリト

ンの質量が，逆に 105倍ほど重くなる事が可能であれ

ば熱ノイズと同程度の）・ネルギーとなり，熱優乱に対

抗できる．1 個の水分子の質量 M 、」は 3．1　X　10’26Kg

，そ

して，熱エネルギー

と等価な質量をml とすると，

恥繁 1Xl 噸　　

である．水分子の質量との質量比は

塑 L： 6m

“，

（5）

△ρ望 → 1．・−29

　　　△x

程度であると見積もられる，

準粒了・ポラリトン

qっ。

。

cρ

　　

　

○○

○○

　○

り…………

b

曙

でる．これは，裸のポラリトンが高々数個の水分子を

引き付けて準粒子を形成できるならば，熱ノイズと同

程度のエネルギー

を獲得できる．水分子同士の分子間

隔は，約 2A とすると，ランビエ絞輪の長さが 1μ m

であるから，その絞輪の所に，水分子は約 5000個ほど

整列できる計算となる．これは，先の黄 5）を考慮すれ

ば，裸のポラリトンが水分子を引き付けて準粒子を形

成するの 1分な広さである．

　裸のポラリトンが準粒子を形成する可能1生を統計的

なゆらぎから考察する．統計力学によれば‘N 個の粒

子数が存在する場合，この時の粒了数のゆらぎは，NO’s，

誤差率は，NO’S である”

と言われている．”

ヒトの軸

索の長さを 1m，水分子間距難を 2．OX　lO’iOm

（2A ）“と

すると，軸索］m の［11に水分子は 5．OX　109個も存在す

ので，粒 r一的ゆらぎは，7 ．OXIO4個である．この粒子

数を長さに換算すれば、約 10’5m

となる．このゆらぎ

の幅は，ランビエ絞輪の 10倍以上の大きさを有し，こ

のために髄鞘の内部まで統計的なゆらぎが入り込んで

いる．これは，ボラリトンが［一分にランビエ絞輸内に

存在できる事を保証する．

つまり，

（基底状態ポラリトンの存在領域）＜（統刮的ゆらぎ）

という関係が成立し，不確定1生原理よりポラリトンの

運動量は，せいぜい

Fig．3 軸索上を伝導する準粒子・ポラリトン

図 3 は，裸の分極子（裸のポラリトン）を中心に水分

子が酬立する．これより準粒子のポラリトンが形成さ

れる．我々が実際に計測できるのは，準粒子としての

ポラリトンであり，裸のポラリトンは，裸の電子が計

測されないのと同様に通常は，観測にかからない．下

の図は，準粒子・ポラリトンは軸索上を運動して，興

奮の伝導やトンネル効果によりエファプス，量子十渉

に関与する．この量子的な準粒子・ポラリトンの従う

方程式を次節で導山する．

4．ポラリトンの記述

　ボラリトンは亀磁相互作用を担う質量を獲得した光

子であるから，スピン 1 のベクタ

ーフォトンと考えら

れる．ボラリトンの進行方向を Z 方向に取り， R 偏光

（右偏光）した電場ベクトルを x ，y 偏光状態で表現

すると，

92





バイオメディカル・ファジィ・システム学会誌　Vol ，14，　 No ，1，　 pp ，89− 96 （2012）

E（z ，t）；

E… expi （k・一ω り＋ E

・ε

・’（ke一ω ’＋・／2）

（、）＝Eoε

．　exp 　i（kz− c）t）＋ iEoε

，i（たz 一ω の

ただし， E は偏光ベクトルとする．

IE（z ，t）〉− 1勾・xp 鵬・ ’）・ i・

y ＞・xp ・i（kz− ・・t）（，）

亅勾＝ E。ε

．，　 1π ，〉＝ E。εy

これを規格化すると，最終的に右偏光ポラリトンの表

示は，

IE（z ，t）〉

一

古・・地〉・呻・kz一切　（8’

を得る．また，ポラリトンの表示或 7）を z で偏微分，

幣り〉一一k・1・剛〉　

両辺に一ガ／2m を掛けて，− vIE （Z，

t）〉を加える．

∂E （z ，り〉　　　　　＝h（olE （z ，

t）〉　 ∂t

．卜記のように時間微分して，さらに，

E ・・＝　ht・＝（ 2

＋ v

（IO）

（Il）

に留意すると，時間を含むシュレディンガー

方程式

ih∂1緊ラ

の一［嘉・ ti… t）1匝・）〉

（12’

が導かれる．同様に式〔8）を時間と座標で微分して，エ

ネルギー・運動量保存則と外部場のポテンシャル V を

加えると，

　　1　 ∂21E

（z ，t）〉

（a）2f／k2） ∂t2

−［券一畷・

、矧嘲（1・・

・＝ω2

／k2 ⇒ c2

となり，クライン・ゴルドン方程式を得る．式（13）

は，通常はスピン 0 の相対論的なスカラー粒子がポテ

ンシャル V の下で運動を表現する．さらに，クライン・

ゴルドン方程式は 1成分波動方程式であるが，式〔13）

は，3 成分のベクトル波動方程式である．電場 E（x，t）

や磁場恥Nt）を直接的に量子力学的な方程式持ち込む

ことは，一般的ではない．量チ力学的電磁気理論では，

電場や磁揚の代わりにベクター

ポテンシャル AV を利

用する．ベクター

ポテンシャルを用いると箍磁場は，

B （xit ）＝ rotA （x ，t）

E（x ，t）一一9。卿一⊥∂A （x ，

t）　　　（13）　　　　　　　　　　 c 　　∂t

・4μ＝（φ（x ，t），A （x ，t））

さらに，場の強度テンソル F ” v

を導人すると，

　　　　　0　 − El　 − E2　− E −’

　　　　 Ei 　 O 　 − B3 　 B2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（14）F ／iV

＝

　　　　 E2 　　　B3 　　　　0　　　　＿Bt

　　　　 E3　＿B2　 Bl　　 O

と電磁場とベクターポテンシャルが関連付けられる．

ボラリトンは質．量を獲得したスピン 1の光了

・であるか

ら，クライン・ゴルドン方程式と類似させると，その

ラグランジュ密度は，ア 15）で表現される；

e −一

士FltyFlt・、・＋9m2A／，A μ 一

ノ7

コ．，A ／t

　　　（15）

変分すれば相対論的なポラリトンの方程式，すなわ

ちプロカ方程式が得られる．プロカ方程式は，

∂ Fl’V

＋ m2Av ＝ブ　　　　　　　　（1 　／t

ブω ＝（ρ（x ，t），

i（x ，t））

である．ソー

ス jv＝0 であるか，カレント密度の保存則

が満たされると自動的にロー

レンツ条件は成立する，

（ただし，単位系はMKS 単位系から自然単位系に移

行した）．ロー

レンツ条件ドで式（16）は，

　　　　　　つ

（∂μ∂

μ＋ m

’）AV ＝ブ　　　　　　　　（17）

と簡略化される，これを自然単位系で記述した式く13）

と比較　すれば，カレントjvは，ポテンシャルと V

と電揚の相互作用の効果であると知れる．自然単位系

で

V（z ，t）E（z の ⇔ ブ　　　　　　　　　（18）

とみなされる．神経軸索でのナトリウムカレント JN、

とカリウムカレントJK とすれば式〔16）のポラリトン

の生じる源であるから，

93






準粒了一。ポラリトン理論

（∂。∂

”＋ m2 ）A

！i

一ノ島＋ブ寿　　　（19）

である．次に，相対論的なエ噸7）より，非相対論的な

シュレディンガー

方程式を導くために，MKS 単位系の

波動関数へ，を，

蜘蜘・蝋一

詞（2°’

と 2 つの時間依存性の部分に分離する．非相対論的極

限にでは，全エネルギーE と静止エネルギー（質量；）

m の問の差異は小さく，エ 21）のように定義される E’

　 Et ＝　E − me2，　　Et ＜＜ MC2 　　　　　　　　　　　　（21）

は，古典力学の運動エネルギーに対応する．

i∂〆

。 E ・

の・

＜＜卿・　　

（22）

　　∂t

これにより，

零1謬・… x ・〔一

詞∂2

／4μ

　∂t2　　　　　　　　　　　　　　　　（24）

十2

礬一・梺］・× ex ・〔

一

詞これを，式（B ），（18），（20）の関係を用いて計算すると

÷ 「蓋祠・”

　、25）

　・4μ＝（φ，

A ）

これが，ボラリトンの非相対論的な方程式である．

ここで，ベクターポテンシャルの時間成分であるスカ

ラー

ポテンシャルは，エ 25）よりAO＝φから，そして，

非相対論的扱いでは，静止質量項を落とすから，

畷一卜貌・・

＋司・・

畷一「知・南の

μ

（x ）＝＠°

（x ，り，グ（x ，’））

と書ける．電荷を持ったポラリトンを考察する．

（26）

式〔17）に A．の共役複素数を掛け，また，式の丿L

’gtftを取

った後に A、を掛けて差を取る：

∂．（Al∂

μ4 ＋ 4 ∂／‘Avs）一ブ

宗4 一

ノ1，ゴ（2D

MKS 単位系に戻して 4 元カレントJ μ を定義する．

　　　 ieh　　　　　（A

’∂

μ／4 ＋ A ∂

／tAvs

v 　　 μ 　　1 ）　　（28）」

μ≡

　　　 2m

電荷 Q は，4 元カレントの時問成分より，

　　　ieh　　　　　ぱ ∂

°A。

＋ A1∂°

の　　　（29）9 ≡

　　 2mc

として定義される，ポラリトンの A μ を実部と虚部に

分解する：

　　　　　 1　・4μ ＝　　（Aft＋ノ4う

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（30）

　，f’t

＝ズ＋醪

実部と虚部がそれぞ濔虫立して，同じ質量 m をもって

式〔17）を満たすとすれば，明らかに

回亨〕A・一

・・

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（31 ）

〔・ハ剰ボヂ

となる．これは，π 中問 rの電荷と同様に考察すると，

At’

− A ”＊

一お（4 瑚　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（32）

4 尋一

お（Af 一鰐）

　・48 ＝．4 μ；・4μ

＊

上から，止電荷，負電荷，そして，中立（無電荷）の

ポラリトンを表現している．上記の考察より，エ〈］（17）

は無電荷，∫竄32）が負電荷と正電荷を持つ相対論的な

ポプリ 1・ンの方程式に対応する．式（17）〜（26）までの手

続きに従うと，式〔31）に対しても，或 25）と同じ形を持

つ非相対論的ポラリトン方程式が得られる．換言すれ

ば，式（25）を解き，実数解が無電荷，そして，複素数

解が電荷を有するポラリトンに相当する．

5．カレントとポラリトン

電荷 q のポラリトンが，ナトリウムカレントJN、とカ

リウムカレントJK が作る電磁場 GU の中で運動した

とすれば，

94





バイオメディカル・ファジィ・システム学会誌　Vol．14，　 No ，1，　 pp ．89．96 （2012）

▽ → ▽ ＿！G，

　　　　 c

H → H − qG°

と置き換えて整理すれば

・筈一c蓊プ・ ti〕〆・艦・〔

　　 1G ・▽ ＋一▽

　　 2 〕・・

慌・・

詞〆

（33）

（34）

とい複雑な式になる．式が複雑なのは，ポラリトンが

電荷を持つためであり，もし，無電荷であれば式（33）

は式（26）に戻り，この時は，ポラリトンは運動量とエ

ネルギー

を移行するのみであり，電荷を運搬しない．

また，”−ll’7Uti／を持つポラリトンは，ポラリトンの問での

竃磁的な相互作用も発生するために，さらに L記の式

を多粒子系に拡張する必要が生じる．このために，非

相対論的な場の量子論の取り扱い求められる，

態の波長は 1μ ln を中心に 10μへ0．6 μ m に存在する．

さらに，ポラリトンは，シュレディンガー方程式やク

ライン・ゴルドン方程式に従う．厳密には， 3 種の電

荷（正負，ゼロ）とスピン 1 ，そして，質量を持つこ

とから寇荷と質量を持っベクタH 粒子の式であるプロ

カ場で記述することが妥当である．Na＋や K＋の膜の内

外への流入・流出が伝導原因のカレントを形成し，そ

の効果を軸索方向や軸索外に伝搬するのが，伝導粒子

としてのポラリトンの役割である．これは，物質世界

における基本粒子が電了弋暢子であり，その相互作用

を媒介するのが光子やグルー

オンに相当するゲー

ジ粒

子という関係に似ている．

Fig，4Na’

，　K＋

のカレントと媒介粒子ポラリトン

5．まとめと考察

「ボラリトンモデルの提案と媒介粒f仮説」

　神経軸索で興奮伝導や量子干渉を起こす媒体として，

準粒子・ポラリトンの存在を考えた．ポラリトンは神

経軸索膜で活動電位に伴って発生する分極が量子的波

動として，軸索上や軸索問に伝搬して行く現象を，分

極ベクトルの回転として量子モデル化したものである．

量子的分極波がエファプスやシナプス「二

渉，興奮の伝

導の媒介等，ミクロな視点からの神経電気現象を担い，

この分極ベクトルの変動の伝播・ポラリトンが神経的

電磁気現象を伝える情報担体である，準位子としての

ポラリトン質量は約 lO’2SKg

，スビン 1 の質量を持つ光

子として表現される．電荷は，正負，そして，ゼロの

3 種類が可能であり，裸のポラリトンの質量は，電了

・

質量の 1〜10倍程度（6．7XIO’30Kg

）である．通常は，

熱ノイズの擾乱に耐えるために，水和した状態で存在

する．高々，10個程度の水分子が，裸のボラリトンに

引き寄せられて水和・準粒子を形成する事が要求され，

我々が観測するのも水和して準粒子化したポラリトン

である．これは，“

分一r・ve械は，熱ゆらき程度のエネ

ルギー

で効率よく動作する”

という事実に対する 1つ

の説明を与える．神経伝導のポラリトンが持つ基底状

　通常，Na＋の流れで，　 K＋の流出が開始されるが，こ

の両者の陽イオン流の問で電気的情報伝播を司るのが，

量子化された分極波・準粒子・ポラリトンである．ポ

ラリトンは，イオン流の情報を隣接する場所や空間に

運ぶが，電子や陰イオン，陽イオン等の実体の移動と

異なり，マクロ的には「嫐する場所に“

分極現象”

を

引き起こすのみであり，高速な情報伝搬が可能である．

また，髄鞘内部では，ボラリトンがトンネル効果を生

じてトンネル電流となり，一層の高速な情報伝搬が可

能である，さらに，つまり電荷を持った実体的なイオ

ンは，軸索の膜の外と内を出入りするだけであり，波

を発生させる源である．その出入りするときに生じる

膜の誘電体の分極振動が，量 r化され水和した準粒

子・ポラリトンとして隣のランビエ絞輪や軸索の隣接

部，そして，他の神経細胞に伝播など，量子効果を引

き起こす．これが，神経回路網では常に存在して，回

路網の調整や逸脱に関与している，

　我々が，エファプスの一

種と想定している現象には，

Shamsが 2000年に報告した Soしr｝d　indし鵬 d　flashという

錯覚がある．これは，光を瞬間的に 1回提示するのと

同時に短い音を 2回提示すると，光が 2 度も示された

ように感じる錯覚である．2 回の聴覚束1轍により2 回

の視覚刺激を提示したのと同様の視覚皮質に活動電位

95







が発生する．一一般に聴覚の申枢は，側頭葉・シルビウ

ス裂に接するヘシュル闘凵 1（ブロー

ドマンの第41，42

領野）にあり，この部分の刺激では幻聴を生じ，障害

では皮質聾や聴覚失認となる．他方，視覚中枢は，後

頭葉の内側面に，鳥距溝を挟むように存在する（第 17

領野）．視中枢の上下には，見た物の謎識や解釈に関

連する連合領野（第 18，19）がある．この部分が障害

を受ければ，物が見えていてもそれが何か分からない

という病態が発生する．上記の知見からも明らかなよ

うに，ブロードマンの脳地図上でも聴覚野と視覚野は

離れており，また，機能的にも全く関連が無い．それ

にも拘わらず Sound　induced刊ash が発生する．これは，

聴覚と視覚の干渉効果，つまり，エファップスの員体

的な例と思える．さらに，視覚と聴覚の情報の伝道路

は全く異なり脳神経的にも混在していない．空間的に

は互いに隔離されているが，上記の錯覚で述べたよう

に彑いに干渉をしているように思われる．

　さらに，1皴する軸索や神経細胞とは，イオン流以

外にもポラリトンによる量子効果が期待できて，通常

的に水面下での情報交換も期待できる．

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松浦弘幸（まっうらひろゆき｝

1992 年東京大学大学院医学研究科博±課

程修了，医師，医学博士（ナノ医学）

1992 年東京大学先瑞科学研究所助手

1999年政策研究大判瑳大学助教授

2005年国立長寿医療研究センター・研究所

　長寿医療工学研究部，部長

　理学博＋（場の理論，理論物理学）

現在の研究分野は広く，人体損傷，量子場

の理論，医用工学（マイクロ・

マシン，散

免系），内科学，言瞳社会学などがある。

111偽lm 瀛 on 謎編集委員

根本　哲也　（ねもと　てつや）

2002年芝浦⊥業人学大鄭剃戴鐶境シス

テム専攻修了

東京都立工業専門学佼鰍工学科則丿丁・

2005国立長寿医療研究センター研旡所，長

寿医療工学自醗；二

阯室長．診療支援機器，

治雛器の原理と1粥発に興味がある．

博上（」学）

久保田　怜（くぼた　りょう）

，葹藩磯大学卒業後，企業に就酊謝一る．社

会人大学筅生として埼玉 ⊥ 業大学機械工

学研究科博 1課程終 rした．博士（工学）

現在，国立長寿医療研究センター研究所・

長寿医療工学研究部のリサーチフユロー

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