植物由来環境化学因子の 高次脳機能に及ぼす影響

1. 認知神経科学 植物由来環境化学因子の高次脳機能に及ぼす影響 九州工業大学大学院　生命体工学研究科 脳情報専攻　高次脳機能講座　 認知神経科学分野 粟生修司 （Aou Shuji）

2. みどりの香り 緑葉が放つみどりの香りは葉緑体膜の脂質から作られ、動物にとって必須脂肪酸であるαリノレン酸やリノール酸がリポキシゲナーゼで分解されてできる炭素数６のアルコール４種およびアルデヒド４種の異性体の集団の総称。cis-3- hexenol（青葉アルコール）およびtrans-2-hexenal（青葉アルデヒド）がさわやかでフレッシュな葉や野菜のニオイの中心的な成分である。 CHO OH (3Z)-Hexenal (3Z)-Hexenol (Leaf alcohol) CHO OH (3E)-Hexenal (3E)-Hexenol CHO OH (2E)-Hexenol (2E)-Hexenal (Leaf aldehyde) CHO OH n-Hexanal n-Hexanol

3. みどりの香りの生理作用 １）植物：外敵の侵入に対する防御と警報（畑中1988 ） 　　　　　他感物質（アレロパシー）（藤井ら1999） ２）昆虫：（畑中1988） 　 摂食誘発（カイコ） 、交尾誘発（ヤママユ） 　 脱皮促進因子（アカエグリハ）、 　 通信・警報・攻撃フェロモン（アリ） 　 保護色（アゲハチョウ）、悪臭物質（カメムシ） ３）哺乳類 　 ヤギ摂食抑作用(Dohi et al 1997) 　 ラットストレス応答抑制作用(山岡ら 1998,1999) ４）ヒト 　 官能試験による評価とその化学構造との相関 (Hatanaka et al 1992; 佐野ら1999） 　 鎮静作用／P300抑制作用（菅野ら1996） 　 鎮痛作用（粟生ら2000）

4. 「ヒトは何故にみどりの香りで　リフレッシュされるのか！」ー神経生理学的アプローチー「ヒトは何故にみどりの香りで　リフレッシュされるのか！」ー神経生理学的アプローチー みどりの香りの「リフレッシュ作用」とは どのような生理作用か？ どこでどのようにして発生するのか？ 身体および脳で何が起こっているのか？

5. 「リフレッシュ」 元気が回復すること。精神的・身体的疲労感が消え、新鮮でさわやかな気分になること。 快適になる　　　 → 快感、報酬感を誘発する。 鋭敏で活発になる → 感覚運動反応性や活動性が上昇する。 精神的にくつろぐ → 不安・心配がなくなる。 身体的にくつろぐ → 身体的苦痛がなくなる。

6. 方　法 リフレッシュ効果 生理機能 ヒト ラット 快適になるか？→ 快感を誘発するか？ 接近行動 嗜好性 10cm線分法 鋭敏・活発になるか？ →感覚運動反応性や活 　動性が上昇するか？ 感覚運動 機能 単純反応時間 選択反応時間 オープンフィ ールド試験 情動 精神的にくつろぐか？ →不安が減弱するか？ 不安尺度試験 顔スケール 高架プラス 迷路試験 （不安・心配） 身体的にくつろぐか？ →苦痛が減弱するか？ アナルゲジー メーター ホットプレ ート試験 侵害受容

7. 植物の香りに みどりの香り嗜好性 線分法 10cm 対する嗜好性 0：非常に不快〜10：非常に快 60 N = 45 ± 5.02 1.37 (SD) みどり 50 N = 68 の香り 40 (8) 30 花の香り 木の香り (25) (12) 20 10 18 34 16 % 0 快 中性 不快

8. ラットのニオイ嗜好性 ニオイ容器への接近行動を平均距離で評価 みどりの香り 溶剤 溶剤 みどりの香り

9. ラットのみどりの香り嗜好性 50 ニオイ容器からの平均距離(cm) 40 0％ 0.0003% 0.003% 0.03% 0.3% 30 20 N = 12 みどりの香り 溶剤

10. 快適性の評価：ニオイ嗜好性 ニオイ容器への接近行動を滞在時間で評価 みどりの 香り 溶剤 溶剤 みどりの 香り

11. みどりの香りへの嗜好性は認められない 近接ゾーン滞在時間 225 溶剤 200 みどりの香り 175 150 125 100 75 50 25 sec 0 .0003 .003 .03 .3 % 0 みどりの香り Long-Evans

12. リフレッシュ効果 生理機能 ヒト ラット 快適になるか？→ 快感を誘発するか？ 中性 嗜好性 中性 鋭敏・活発になるか？ →感覚運動反応性や活 　動性が上昇するか？ 感覚運動 機能 単純反応時間 選択反応時間 オープンフィ ールド試験 情動 精神的にくつろぐか？ →不安が減弱するか？ 不安尺度試験 顔スケール 高架プラス 迷路試験 （不安・心配） 身体的にくつろぐか？ →苦痛が減弱するか？ アナルゲジー メーター ホットプレ ート試験 侵害受容

13. みどりの香りは単純反応時間に 影響を及ぼさない msec 380 NS NS NS 360 340 320 300 5 4 19 20 16 14 0 みどりの ＋ ー ＋ ー ＋ ー 香り 男子 女子 全員

14. みどりの香りは選択反応時間に 影響を及ぼさない msec 660 NS NS NS NS NS NS 620 580 540 500 19 22 14 17 19 22 14 17 5 5 5 5 0 ＋ ー みどり の香り ＋ ー ＋ ー ＋ ー ＋ ー ＋ ー ♂画像　♀画像 ♂画像　♀画像 ♂画像　♀画像 全員 女子 男子

15. 活動性の評価：オープンフィールド試験 中央にオブジェクトを置いた囲い（オープンフィールド）の中にねずみを入れると、ねずみは動き回り、立ち上がったり、オブジェクトに近づいたりする。古典的で簡便な行動実験である。 測定時間：１０分間 測定項目：総移動距離 　　　　　立ち上がった回数 　　　　　中央部進入回数 　　　　　中央部滞在時間

16. みどりの香りはオープンフィールド試験において活動性や探索行動に影響を及ぼさない (Wistar) 総移動距離 (cm) 動いていた時間 (sec) 300 3000 200 2000 100 1000 12 12 12 11 12 12 12 11 0 0 立上がっていた時間 (sec) 立上がった回数 200 30 20 100 10 12 11 12 12 12 11 12 12 0 0 0% 0.03% 0% 0.03% 0% 0.03% 0% 0.03% 雄　　　　雌 雄　　　　雌

17. みどりの香りはオープンフィールド試験において活動性や探索行動に影響を及ぼさない (Long-Evans) 総移動距離 移動速度 4000 18 cm/sec cm 3500 16 14 3000 12 2500 10 2000 8 1500 6 1000 4 500 2 0 0 最高移動速度 中央エリア進入回数 3 5 160 cm/sec 140 3 0 120 2 5 100 2 0 80 1 5 60 1 0 40 5 20 0 0 - + - + みどりの香り みどりの香り

18. リフレッシュ効果 生理機能 ヒト ラット 快適になるか？→ 快感を誘発するか？ 中性 嗜好性 中性 鋭敏・活発になるか？ →感覚運動反応性や活 　動性が上昇するか？ 感覚運動 機能 変化なし 変化なし 情動 精神的にくつろぐか？ →不安が減弱するか？ 不安尺度試験 顔スケール 高架プラス 迷路試験 （不安・心配） 身体的にくつろぐか？ →苦痛が減弱するか？ アナルゲジー メーター ホットプレ ート試験 侵害受容

19. 情動の評価 不安尺度試験 自己評定質問表（STAI) 顔スケール X-I型 今この瞬間に自分をどう感じているか １．気持ちが落ち着いている。 ２．安心感がある ３．緊張している ・・・・・・・ ２０．快適な気分である X-II型 普段自分をどう感じているか ２１．快適な気分になる ２２．疲れやすい。 ２３．泣きたいような気持ちになる ・・・・・・・ ４０．この頃気になっている出来事 　　　を．．．．． (1)ほとんどない、(2)ときどきある (3)しばしばある、(4)しょっちゅうある

20. みどりの香りは情動に影響を及ぼさない 不安 喜-哀 自律系 55 75 11 NS NS NS 50 70 NS 10 45 65 9 40 60 8 35 55 48 15 48 42 42 48 48 41 0 0 0 ＋ ー ＋ ー みどりの 香り ＋ ー ＋ ー STAI1 STAI2 顔スケール 心拍

21. 不安情動の評価：高架プラス迷路試験 　壁で囲まれているclosed armと壁のないopen armの中央交差部にねずみを置き、行動を観察する。 　不安が強いとopen armの方には行かず、 closed armに留まる。 測定時間：５分間 測定項目：オープンアーム 　　　　　　滞在時間 　　　　　　進入回数 　　　　　　その他 closed arm open arm

22. みどりの香りは高架プラス迷路試験において不安レベルに影響を及ぼさない(Wistar)みどりの香りは高架プラス迷路試験において不安レベルに影響を及ぼさない(Wistar) オープンアーム進入時間(sec) オープンアーム進入回数 40 12 30 8 20 4 10 5 6 6 6 5 6 6 6 0 0 0% 0.03% 0% 0.03% 0% 0.03% 0% 0.03% 雄　　　　　雌 雄　　　　　雌

23. みどりの香りは高架プラス迷路試験において 不安レベルに影響を及ぼさない(Long-Evans) 覗き込み回数 オープンアーム進入回数 6 10 8 4 6 4 2 2 0 0 オープンアーム進入時間 覗き込み時間 50 12 sec sec 10 40 8 30 6 20 4 10 2 0 0 - + - + みどりの香り みどりの香り

24. リフレッシュ効果 生理機能 ヒト ラット 快適になるか？→ 快感を誘発するか？ 中性 嗜好性 中性 鋭敏・活発になるか？ →感覚運動反応性や活 　動性が上昇するか？ 感覚運動 機能 変化なし 変化なし 情動 精神的にくつろぐか？ →不安が減弱するか？ 変化なし 変化なし （不安・心配） 身体的にくつろぐか？ →苦痛が減弱するか？ アナルゲジー メーター ホットプレ ート試験 侵害受容

25. 花の香りとみどりの香りは痛覚閾値を上げる 14 * NS 12 * 10 NS * NS 8 6 0 + + - - + - + - + - + - 男性(18) 女性(7) 男性(35) 女性(4) 男性(56) 女性(14) 花の香り 木の香り みどりの香り

26. 青葉アルデヒドはホットプレートテスト で鎮痛作用を示す Paw-lick latency (sec) 30 * 20 10 24 24 0 (2E)-Hexenal 溶剤

27. まとめ リフレッシュ効果 生理機能 ヒト ラット 快適感誘発 嗜好性↑ No No 感覚運動反応性・ 活動性促進 感覚運動 機能↑ No No 精神的疲労・ 不安解消 情動 （不安↓） No No 身体的疲労・ 苦痛消失 Yes Yes 侵害受容↓

28. 強制水泳後の活動抑制に及ぼすみどりの香りの効果強制水泳後の活動抑制に及ぼすみどりの香りの効果 みどりの香りまたは溶剤 （５分間曝露） 強制水泳（15分） オープンフィールド（10分）

29. みどりの香りは強制水泳後の活動低下（疲労）を軽減し、活動性を上げる (Wistar) 総移動量 移動速度 800 8 cm cm/sec P < 0.05 P < 0.005 700 600 6 500 400 4 300 200 2 100 0 0 中央エリア進入回数 最高移動速度 8 30 P < 0.1 P < 0.05 cm/sec 7 25 6 20 5 4 15 3 10 2 5 1 0 0 - - + + みどりの香り みどりの香り

30. 侵入者試験 (Intruder test) ニオイ嗅ぎ行動 闘争行動 侵入者への動き (10 min) Wistar rats (集団飼育) Long Evans rats (隔離 １週間)

31. みどりの香りは Intruder test において侵入者 への警戒行動や闘争行動を抑制する (Long-Evans) 闘争時間 侵入者を嗅いでいる時間 14 250 sec sec 12 200 10 P < 0.1 150 8 100 6 4 50 2 0 0 侵入者を嗅ぐ回数 侵入者への移動速度 1.6 cm/sec 40 1.2 30 P < 0.005 0.8 20 0.4 10 0 0 - + - + みどりの香り みどりの香り

32. まとめ Long- Evans ヒト リフレッシュ効果 生理機能 Wistar 快適になるか？→ 快感を誘発するか？ 嗜好性 接近行動 No No No 鋭敏・活発になるか？ →感覚運動反応性や活 　動性が上昇するか？ 感覚運動機能 オープンフィ ールド試験 No No No 情動 高架プラス 迷路試験 精神的にくつろぐか？ →不安が減弱するか？ No No No ストレス耐性 強制水泳 Intruder 侵害受容 身体的にくつろぐか？ →疲労が軽減するか？ 　苦痛が軽減するか？ Yes Yes Yes

33. 識別 嗅覚系からホメオスタシス・生体防御系への神経経路 嗅球 嗅結節 梨状皮質 扁桃体 内嗅皮質 嗅上皮 視床 海馬 みどり の香り 情動 好み 前頭皮質 前頭眼窩野 侵害刺激 ストレス刺激 視床下部 ホメオスタシス・生体防御

34. みどりの香りは拘束ストレスで誘発される視床下部室傍核Fos発現を抑制する　（山岡ら1999）みどりの香りは拘束ストレスで誘発される視床下部室傍核Fos発現を抑制する　（山岡ら1999） 120 100 80 60 40 20 0 *** Fos蛋白陽性細胞数／切片 対照　　　　　　みどりの香り 　　　ストレス　　　　　ストレス＋ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　みどりの香り

35. サル視床下部外側野ブドウ糖感受性(GS) ニューロンは非感受性(GIS)ニューロンに比べ 植物の香りによく反応する 反応率 ％ 興奮性反応 抑制性反応 60 40 20 0 GS GIS GS GIS GS GIS GS GIS GS GIS TMA オレンジ バナナ ボルネオール ムスク 植物の香り 非植物の香り

36. + + Na Na 視床下部外側野ブドウ糖感受性ニューロンの侵害受容 A ブドウ糖 モルヒネ グルタミン酸 尾部ピンチ +50 30 +10 15 -5 +30 15 A 5.6 陰嚢50℃熱刺激 1分 ブドウ糖 モルヒネ ナロキソン +10 B 尾部ピンチ 尾部ピンチ +30 15 +5 10 10 A 4.9 モルヒネ ナロキソン +10 尾部ピンチ +5 +5 +5 +10 発火頻度 ／秒 10 1分

37. 視床下部外側野へのブドウ糖、オピオイド、 侵害刺激の収束 侵害刺激に対する応答 ブドウ糖非感受性 ブドウ糖感受性 ニューロン(n = 52) ニューロン (n = 113) モルヒネ の効果 ↑ ↓ ↓ → ↑ → * 0 0 0 0 抑制 36 13 12 0 3 1 興奮 1 2 * 7 87 4 0 無変化 0 0

38. フィトンチッド（αピネン、ヒノキチオール、ボルネオールなど）やみどりの香りのヒトやラットへの作用フィトンチッド（αピネン、ヒノキチオール、ボルネオールなど）やみどりの香りのヒトやラットへの作用 森林浴 1)ヒト 鎮静作用（緊張、怒り、抑欝、混乱の低下；CNV 振幅↓） 2)ヒト 活気／快適感↑ 、作業能率↑ （宮崎1996） 3)ヒト 副腎皮質ホルモン（コルチゾール） ↓ フィトンチッド 4)ヒト 交感神経機能抑制（血圧↓、対光反射の戻り時間↑、心電図R-R間隔↑）、脳波事象関連電位CNV振幅↓ （宮崎1996） 5)ヒト α波増加 6)ラット ストレス応答（脳カテコラミン↑、 ACTH ↑ 、免疫能↓）↓ 7)ラット 雄性行動促進 8)ラット　逆説睡眠増加　　　　　 （山岡） みどりの香り 9)ラット ストレス応答（室傍核FOS↑、免疫能↓）抑制 （山岡） 10)ヒト　脳波P300振幅↓／↑　　　　　　　　　　　　　 （菅野） 11)ヒト　β波の振幅↓（とくに好ましいニオイと感じるとき） 12)ヒト 鎮痛作用（とくに好ましいニオイと感じるとき） （粟生） （＊ 下線部 ： 視床下部外側野刺激でも類似の現象が誘発される）

39. 視床下部外側野 オレキシンニューロン Orexin-Aはホットプレート試験で痛覚閾値を上げる Paw with-drawal latency (sec) * 30 20 10 9 8 0 Sakurai et al (1998) Control Orexin-A

40. 嗅球 嗅結節 梨状皮質 扁桃体 内嗅皮質 嗅上皮 みどりの香り 受容体 視床 海馬 快 不快 認知 みどり の香り 前頭皮質 前頭眼窩野 視床下部 外側野 痛覚下降抑制系 ストレス応答修飾系 ブドウ糖感受性ニューロン （オレキシン）