猫は人間の健康と科学の進歩に多大な貢献をしてきました。

生命科学や医学研究の分野では、多くの研究に動物実験が必須です。科学研究で使われる実験動物を「白いマウス」と呼ぶのが一般的ですが、実験動物はマウスに限らず、線虫、ゼブラフィッシュ、ショウジョウバエ、ハダカデバネズミ、ウサギ、イヌ、サルなども含まれます。

私たちの愛しい猫たち。

そう、多くの「猫カルト」の信者がいるこのかわいい小動物には、もう一つのアイデンティティがある。それは、認定された実験動物だ。彼らは科学者のノーベル賞受賞にも貢献しました。

1912年: 猫の腎臓移植

猫とノーベル賞の関係は1912年にまで遡ります。

その年、フランスの医師アレクシ・カレルは三点血管吻合と臓器移植に関する研究でノーベル生理学・医学賞を受賞した。カレルは後にその政治的信念を批判されたが、若いころの傑出した業績により、依然として「臓器移植の父」と呼ばれていた。この称号とともに、彼はさまざまな動物に対して行った一連の臓器移植実験でも知られています。

おそらく、カレルに関して最も広く知られている話は、彼が1匹の犬から2つの腎臓を、すでに腎臓移植を受けていた別の犬に移植することに成功したという話だろう。実際、彼は猫の両腎臓移植手術も成功させていた。さらに、1908年に彼は猫への初の単独腎臓移植を成功させ、単独腎臓移植でも通常の生活活動を維持できることを証明した。

腎臓移植を受けた猫。手術から21日後の様子です。それは肉片を見ていました。参考文献[1]

1906年から1908年にかけて出版されたカレルの論文を見ると、猫の腎臓移植に関する多くの記録が見つかります。

実験9. 1907年10月14日

準備された宿主: 灰色の雌猫、研究室で数か月間生活。若くて健康です。

10月1日に尿を検査したところ、尿は黄色く透明で、密度は1.039、尿素は5.9g/ml、アルブミンは検出されませんでした。いつも通り腹部と内臓を開きます。腸はワセリンを塗った滅菌済みの日本製絹タオルで保護されました。両腎臓の解剖と除去：卵巣静脈、下腎静脈と上腎静脈、および両大動脈側枝の結紮。

…

10月15日、猫は少し具合が悪そうに見え、水を飲み、ケージの中を歩き回っていました。昨日の午後4時から今まで、尿は25mlしか出ませんでした。色は濃い黄色で、少量の血液とアルブミンが混じり、密度は1.051でした。

10月16日、猫は元気になり、ミルクを飲み、肉も少し食べ、尿の量は16mlでした。

10月17日、私は元気でした。私は牛乳を飲んで肉を食べました。

10月18日、上記と同じ

10月21日には猫は完全に回復し、手術前と全く同じ普通の猫になりました。

…

11月7日猫は少し落ち込んでおり、ケージの中で行ったり来たりしていました。

11月14日の朝、猫は元気そうに見えたが、夕方には具合が悪そうに見え、鼻から音を立て、食事を拒否した。

11月18日猫はとても弱っている

11月19日午後1時に死亡。

カレル博士が「両方の腎臓を摘出した後、片方の腎臓を移植するだけで命を救うことができる」ということを証明したおかげで、ドナーは命を救うために腎臓の半分を提供するだけでよいことが分かり、その後の生体腎移植の基礎も築かれた。

その後の数十年で技術が発展し、1954年に米国ハーバード大学のジョン・P・メリル医師とデビッド・ヒューム医師が人類史上初の生体臓器移植に成功し、一卵性双生児の兄弟の腎臓1つを尿毒症を患っていた兄に提供した。こうして兄の寿命はさらに8年延び、腎臓を1つ失った弟も79歳まで無事に生きた。

当時の人々にとって、尿毒症は腫瘍と変わらない不治の病であり、5年生存率は高くありませんでした。生体腎移植の成功は、間違いなく患者に生存の希望をもたらします。

1932年: 猫の教室

キャレルの猫たちが臓器移植を受けていたのとほぼ同時期に、神経生理学者のチャールズ・S・シェリントンは猫を使って神経反射と固有受容感覚を研究しており、その研究によりシェリントンは1932年にノーベル生理学・医学賞を受賞した。

オックスフォード大学で教鞭をとっていた頃、シェリントン氏の周りにはいつも猫がいた。彼は哺乳類に関する授業を担当しており、教室には教材として通常5～6匹の猫がいる。彼の研究室は、実験用の猫がいたるところに見られることから、学生たちから「猫教室」と呼ばれています。

1898年、シェリントンは、猫の中脳の上丘と下丘の間で脳幹を水平に切断すると、猫は頭と尾を上げ、背骨が硬直し、手足がまっすぐになった硬直した状態になるということを発見しました。この現象は除脳硬直と呼ばれ、伸筋（抗重力筋とも呼ばれ、収縮すると手足や体の他の部分をまっすぐに伸ばすことができる）の過度の緊張によって引き起こされます。これを基に、シェリントンは筋肉が過度に緊張したときに起こる反射である伸張反射を発見しました。

a.除脳状態の猫。 b.除脳状態の猫の左前足の刺激。紀元前除脳状態の猫の左後足の刺激 |参考文献[3]

シェリントンは猫がどのように立ち、歩くかにも興味を持っていました。 1910年、シェリントンは、猫が脳を取り除かれた後でも立ったり、規則的に交互に歩行したりできるという現象を説明した。したがって、動物が立ったり規則的に歩いたりするのは、下肢が地面に触れることで生じる感覚刺激によるものだと彼は信じていました。感覚刺激によって引き起こされる「起立反射」や「歩行反射」は、脳の関与を必要とせず、脊髄を直接通過するため、人々は動きをより深く理解できるようになりました。

脳を取り除かれて立っている猫 |参考文献 [4]

1917 年、シェリントンは猫の耳とそれが示す反射神経に注目しました。彼は、猫の耳のさまざまな反射（引き込み反射、折り畳み反射、覆い反射、掻きむしり反射、首振り反射など）を注意深く定義して研究し、これらの反射には脳の関与が必要ないことを証明しました。彼はその論文の中でこう書いている。

「ネコの耳介は敏感で柔軟性があり、さまざまな反射を生み出します。これらのうちの 1 つについては、以前の研究で簡単に触れましたが、他の観察者が間違いなく遭遇したにもかかわらず、それ以外に注目されたことは知りません。」

シェリントンの紙から手描きされた猫耳 |参考文献 [5]

同時に、猫は犬の吠え声、猫の鳴き声、鳥のさえずりに、脳を介さずに尻尾を振ったり、毛を立てたりして反応できることも発見した。猫の耳や尻尾を振るといったさまざまな反射形態に関する研究により、神経反射の種類は想像以上に豊富であることが認識されるようになりました。

1981年: 眼帯をした本物の猫

1981 年のノーベル賞授賞式のマスコットが選ばれていたら、猫が最も適していたかもしれない。その年のノーベル生理学・医学賞は 2 つの科学者チームに授与され、両チームとも実験に猫を使用することを選んだからだ。大脳半球の機能的特殊化を発見したロジャー・W・スペリーと、視覚システムにおける情報処理を解明したデイビッド・H・ヒューベルとトルステン・N・ヴィーゼルです。

スペリーの時代には、解剖学を通じて、左脳と右脳が繊維の束でつながっていることが発見されていました。この繊維の束は平らな形をしており、長さは約 10 cm で、「脳梁」と名付けられました。しかし、当時の人々は、脳梁が左脳と右脳を構造的に結びつけているということしか知らず、その具体的な機能的役割は知りませんでした。そこでスペリーは、脳梁を切断して、脳の両半球間で情報を伝達できるかどうかを調べようとした。

彼は、脳が受け取る必要のある情報として視覚信号を選択したため、片方の目を覆うことで脳の片方の半球への信号入力を簡単に実現することができました。

1953年に発表された研究で、スペリーは脳梁切断手術を受けた猫に目隠しをし、四角と円を識別することを教えた。彼はまず猫たちに左目を覆い、右目を使ってさまざまな形を区別することを学ばせました。それから彼は状況を変えて右目を覆い、猫たちが左目を使って全く同じ形を区別することを学べるようにした。

結果は、脳間の情報伝達が正常であれば、2回目の学習は1回目の学習の内容を強化するため、学習速度は1回目の学習よりもはるかに速くなることを示しました。しかし、脳梁が切断された子猫にとっては、右目で学んだ知識は、二度目に左目で学んだときにはまだ全く未知のものだった。これは、脳梁が切断された後、脳の両半球が情報を伝達できなくなることを示しています。

片方の目が覆われている猫は、もう一方の目を使っていくつかの異なる形状のセットを見分ける必要があります。参考文献[6]

スペリーは、脳梁が脳の両半球間の情報交換の架け橋であることを確認した後、てんかん治療のために脳梁を切除した患者が、間違いなく脳の左右の機能を研究するための最良の実験対象になるだろうと痛感しました。その結果、スペリーは認知神経科学の分野で第一人者となり、脳科学の発展に欠かせない役割を果たしました。

フーバーとヴィーゼルは猫の目の研究にも熱心でした。これは猫の鼻が短く、人間の平らな顔の構造に似ているためです。視覚関連の実験を行う際に、視野をブロックする設計も容易になります。さらに、猫の眼窩は頭蓋骨よりも大きく、視覚システムがより完全なので、研究が容易になります。

フーバーとヴィーゼルは25年間の共同研究を通じて、視覚の神経メカニズムの探究を進めました。研究者らは視覚皮質の個々の細胞の活動を測定する方法を開発し、異なる方向と波長の光帯を猫に見せ、微小電極を使用して視覚ニューロンの電位の変化を測定し、異なるタイプの視覚ニューロンを識別した。結果は、猫の一次視覚皮質の一部の細胞は光の方向に非常に敏感である一方、他の細胞は光の波長に敏感であることを示した。

実験で光の帯を見つめる猫 |参考文献 [7]

さらに、研究者らは子猫のまぶたを縫合することで、視覚発達期における単眼視覚遮断が視覚皮質に与える影響についても研究した。彼らは、視覚的な符号化は出生後まで形成されず、「視覚刺激」という必須要素が必要であることを発見した。視覚の発達の最盛期に、ほんの数日間目を閉じると、視覚皮質に永久的な機能的変化が生じます。これに基づいて、彼らは視覚神経発達の「臨界期」という概念を提唱しました。

これを基に、その後のさらなる研究により、発達の初期段階では視覚だけでなく、聴覚、言語習得、運動機能にも外部情報からの刺激が必要であることが証明されました。同時に、神経発達の臨界期という概念の導入により、小児の白内障や斜視の理解と治療に新たな道が開かれました。視力発達の重要な時期を捉えて、子どもたちに外科的治療と視力矯正を施すことができれば、多くの子どもたちが生涯にわたる視力低下や失明を回避できるでしょう。

実際、科学研究（ノーベル賞を受賞した研究だけでなく）には猫に関する話がたくさんあります。研究の中には、膵臓や肝臓の生理学的研究、アセチルコリンの発見、抗うつ薬の開発など、人間の健康に深く関わるものもあります。その全てに猫が登場します。

こう言いましょう: ありがとう、猫さん。

画像: Giphy.com

参考文献

[1] Carrel, A., 腎臓腫瘤の移植。 J Exp Med, 1908. 10(1): p. 98-140.

[2]Ebeling, AHおよびA. Carrel、「角膜の完全な同種移植の遠隔結果」 J Exp Med, 1921. 34(5): p. 435-40.

[3]シェリントン、CS、「除脳硬直と運動の反射協調」生理学ジャーナル, 1898. 22(4): p. 319-32.

[4]シェリントン、CS、四肢の屈曲反射、交差伸展反射、および反射歩行および立ち上がり。生理学ジャーナル, 1910. 40(1-2): p. 28-121.

[5]シェリントン、CS、猫の耳介の触毛と顎から誘発される反射。生理学ジャーナル, 1917. 51(6): p. 404-31.

[6]Myers, RE、交差した光ファイバーの切断後の猫の両眼パターン識別の伝達。生理心理学ジャーナル, 1955. 48(6): p. 470-3.

[7]Hubel, DH、無拘束ネコの外側膝状体と視索における単一ユニット活動。生理学ジャーナル, 1960. 150: p. 91-104.

著者: A ハーディ