ゲートコントロールりろん｜Gate control theory｜神経科学・疼痛生理学
机の角に腕をぶつけ、思わず周りをさすると、少し楽に感じることがあります。この体験を考える手がかりの一つが、メルザックとウォールが1965年に提案したゲートコントロール理論です。体から届く感覚情報は脊髄で調節され、痛みにつながる情報の伝わり方が変わると考えます。「ゲート」は、こうした神経系の働きを扉にたとえた言葉です。
この節の出典：T10-GCT-G1、T10-GCT-G2
触れる情報と、侵害刺激の情報
皮膚には、接触、温度、組織を傷つけるおそれのある刺激などを捉える仕組みがあります。そこからの情報は感覚神経を通って中枢神経へ入ります。中枢神経とは脳と脊髄を合わせた名称で、脊髄は背骨に囲まれた場所を通っています。
感覚神経の線維は、太さや構造などによって分類されます。軽く触れるような刺激の伝達には、比較的太いAβ（エー・ベータ）線維が関わります。侵害刺激の伝達に関わる代表的な線維には、Aδ（エー・デルタ）線維と、より細いC線維があります。ここでの分類は代表的な役割を示したもので、細い線維すべてが痛みだけを伝えるという意味ではありません。
参考記事→求心性線維
組織を傷つけるおそれのある刺激を神経系が捉え、情報として扱う過程を「侵害受容」といいます。一方、痛みは、本人が感覚と感情を伴って経験する体験です。神経線維の中を完成した痛みがそのまま流れているわけではなく、侵害受容と痛みは区別して考えます。
この節の出典：T10-GCT-G1、T10-GCT-G4、T10-GCT-IASP
脊髄後角で情報の伝わり方が変わる
皮膚などから届く感覚情報を処理する脊髄後方の領域を「脊髄後角」といいます。ここには、脳などへ情報を送る細胞や、周囲の細胞の活動を調節する細胞があります。近くの細胞どうしをつなぐ神経細胞が「介在ニューロン」です。
神経細胞の作用には、次の細胞を活動しやすくする興奮性の作用と、活動を起こりにくくする抑制性の作用があります。ゲートの基本イメージは、触覚からの入力が抑制性の回路を働かせ、侵害受容情報の伝達を弱めるというものです。そのため、皮膚から届く刺激が似ていても、他の入力や回路の状態によって上位への出力が変わります。
触覚の信号が先に届いて通路をふさぐのではなく、複数の神経細胞が互いの活動に影響して情報の伝わり方を変えます。図では簡単な線や記号で表していますが、実際には多くの細胞と接続が関わっています。
この節の出典：T10-GCT-G1、T10-GCT-G4
触れる場所を変えるヒトの実験
触れると痛みが変化することは、ヒトを対象とした実験でも調べられています。2014年のManciniらは、皮膚にレーザー刺激を与えて生じる痛みと、その近くに加える触覚刺激との関係を調べました。刺激の強さを変え、参加者の痛みの評価、どのような感覚だったか、刺激の違いをどれだけ見分けられたかを測定しました。
同時に触覚刺激を加えると、レーザー刺激による痛みは軽く評価されました。また、刺激のエネルギーの違いを捉える感度にも変化が見られました。参加者が回答するときに「痛みが軽い」と答えやすくなる傾向も調べられ、触覚とレーザーの位置関係によって変化していました。
この研究では、同じ皮膚分節の中で、触れる場所と痛み刺激を加える場所を変えています。皮膚分節とは、脊髄神経との対応で分けた皮膚の領域です。触れる位置関係も条件として管理することで、感覚どうしの相互作用を詳しく調べられます。ただし、短い実験刺激で得られた結果を、日常のさまざまな痛みにそのまま当てはめることはできません。
この節の出典：T10-GCT-G2
痛みの評価と、神経の反応を一緒に測る
2015年のManciniらの研究では、ヒトの皮膚にレーザー刺激と触覚刺激を加え、本人の痛みの評価に加えて、まばたきの反射や脳の電気的反応を測定しました。レーザーによるまばたき反射は、脳幹の回路で生じる反応を調べる指標です。頭皮から記録する誘発電位は、刺激に応じた大脳皮質の活動の指標になります。
触覚刺激を同時に加えると、痛みの評価だけでなく、これらの神経反応も弱まりました。この結果は、触覚による調節が、大脳皮質より手前の段階でも起こりうることを支持します。ただし、この研究でヒトの脊髄にある個々の神経細胞を直接記録したわけではありません。
本人の報告と生理的な測定を組み合わせると、痛みの体験と神経系の反応の両方を確かめられます。その際には、神経系のどの部位まで測定できたかを区別し、ゲートという比喩と実際の測定結果を結びつけて考えることが大切です。
この節の出典：T10-GCT-G3
マウスの研究で調べられた細胞の役割
脊髄の細胞そのものの役割を詳しく調べるには、動物研究が大きな手掛かりになります。2014年のDuanらは、マウスで特定の細胞群を標識し、その一部を失わせる操作と、行動・電気生理の測定を組み合わせました。標識とは、調べたい細胞を識別できるようにすることです。
研究では、ソマトスタチンという分子を目印とする興奮性の細胞群と、ダイノルフィンを目印とする抑制性の細胞群などが調べられました。後者の細胞群を失わせると、軽い機械刺激に対する反応が強まりました。通常は痛みを起こさない接触が痛みとして感じられる状態は、ヒトでは「アロディニア」と呼ばれます。マウスの行動と回路の研究は、そうした現象に関わる抑制の仕組みを考える手掛かりになります。
この研究は、ゲートを担う回路を、具体的な細胞の種類やつながりから調べるものです。1965年の原案が細部までそのまま確定したわけではありません。原案にも脳からの調節は含まれており、現在は脊髄と脳の複数の処理段階を合わせて理解する研究が進んでいます。
この節の出典：T10-GCT-G1、T10-GCT-G4、T10-GCT-IASP
触れることを、感覚のやり取りとして捉える
ゲートコントロール理論は、触れる働きかけが、感覚情報の処理に関わるという見方を与えてくれます。ボディワークで接触を観察するときには、場所、強さ、長さ、本人の心地よさを具体的に確かめられます。軽い接触で痛みが出る場合もあるため、感じ方を本人に確認することが出発点です。
参考記事→体性感覚
ここで紹介した研究は、主に実験刺激による短期の変化や神経回路の仕組みを扱っています。特定のマッサージや手技が、どのような人の症状や生活を長期に改善するかは、その方法を用いた臨床研究で確かめる問いです。痛みが和らいだことと、傷ついた組織の回復も区別して観察します。
「ゲートを閉じる」は感覚の調節を表す比喩です。実際には、触覚、侵害受容、脳からの調節などが重なって、痛みの体験が生まれます。感覚の伝わり方は変化するものと捉え、触れ方と本人の反応を丁寧に確かめましょう。
関連記事→機械受容器
この節の出典：T10-GCT-G2、T10-GCT-G3、T10-GCT-G4、T10-GCT-IASP
関連語
- 侵害受容
- 下行性疼痛抑制系
- アロディニア
参考文献
- [T10-GCT-G1] Melzack R, Wall PD. (1965) Science (New York, N.Y.) Melzack & Wall (1965). Pain Mechanisms: A New Theory
- [T10-GCT-G2] Mancini F, Nash T, Iannetti GD, Haggard P. (2014) Pain Mancini et al. (2014). Pain relief by touch: a quantitative approach
- [T10-GCT-G3] Mancini F, Beaumont AL, Hu L, Haggard P, Iannetti GD. (2015) Pain Mancini et al. (2015). Touch inhibits subcortical and cortical nociceptive responses
- [T10-GCT-G4] Duan B, Cheng L, Bourane S, Britz O, Padilla C, Garcia-Campmany L, Krashes M, Knowlton W, Velasquez T, Ren X, Ross S, Lowell BB, Wang Y, Goulding M, Ma Q. (2014) Cell Duan et al. (2014). Identification of spinal circuits transmitting and gating mechanical pain
- [T10-GCT-IASP] International Association for the Study of Pain (2020年改訂定義を含む現行ページ) IASP Terminology IASP Terminology: Pain and Nociception
