植物由来環境化学因子の 高次脳機能に及ぼす影響

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 ）

認知神経科学

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。

(3Z)-Hexenol (Leaf alcohol)

(3E)-Hexenol

(2E)-Hexenol

n-HexanolOH

OH

OH

CHO

(3Z)-Hexenal

(3E)-Hexenal

(2E)-Hexenal (Leaf aldehyde)

n-Hexanal

CHO

CHO

CHO

OH

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 ）

「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？

「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。

方　法

生理機能リフレッシュ効果

高架プラス迷路試験

不安尺度試験顔スケール

オープンフィールド試験

情動（不安・心配）

感覚運動機能

身体的にくつろぐか？→苦痛が減弱するか？

精神的にくつろぐか？→不安が減弱するか？

ラットヒト

ホットプレート試験侵害受容

単純反応時間選択反応時間

接近行動10cm線分法嗜好性

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？

快適になるか？→快感を誘発するか？

アナルゲジーメーター

みどりの香り嗜好性

0

10

20

30

40

50

60

快 不快中性

%

花の香り(25)

木の香り(12)

みどりの香り

(8)

植物の香りに対する嗜好性

N = 45

N = 68

34 1816

5.02 ± 1.37 (SD)

10cm線分法0 ：非常に不快〜 10 ：非常に快

ラットのニオイ嗜好性

みどりの香り

みどりの香り溶剤

溶剤

ニオイ容器への接近行動を平均距離で評価

0％0.0003%0.003%0.03%0.3%

50

20

30

40

みどりの香り溶剤

ニオイ容器からの平均距離 (cm)

ラットのみどりの香り嗜好性

N = 12

みどりの香り

みどりの香り溶剤

溶剤

ニオイ容器への接近行動を滞在時間で評価

快適性の評価：ニオイ嗜好性

みどりの香り

0255075

100125150175200225

近接ゾーン滞在時間

.0003 .003 .03 .3 %0

みどりの香り溶剤

みどりの香りへの嗜好性は認められない

sec

Long-Evans

生理機能リフレッシュ効果

高架プラス迷路試験

不安尺度試験顔スケール

オープンフィールド試験

情動（不安・心配）

感覚運動機能

身体的にくつろぐか？→苦痛が減弱するか？

精神的にくつろぐか？→不安が減弱するか？

ラットヒト

ホットプレート試験侵害受容

単純反応時間選択反応時間

嗜好性

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？

快適になるか？→快感を誘発するか？

アナルゲジーメーター

中性中性

＋ ー0

みどりの香りは単純反応時間に影響を及ぼさない

女子男子全員

msec

300

320

340

360

380NS NSNS

19

みどりの

5 416 1420

香り＋ ー＋ ー

0

500

540

580

620

660

みどりの香りは選択反応時間に 影響を及ぼさない

＋ ー

女子男子全員

msec

19 22

みどりの香り ♂画像　♀画像

＋ ー ＋ ー ＋ ー ＋ ー ＋ ー ♂画像　♀画像 ♂画像　♀画像

5 55 514 1714 1719 22

NSNSNSNSNSNS

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

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 (Wi

star)

0 0

総移動距離 (cm) 動いていた時間 (sec)

雄　　　　雌0% 0.03% 0% 0.03% 0% 0.03% 0% 0.03%

3000

1000

2000

300

100

200

12 12 12 1112 12 12 11

200

0

100

30

0

10

20

12 12 12 1112 12 12 11

立上がった回数 立上がっていた時間 (sec)

雄　　　　雌

総移動距離

0500

1000150020002500300035004000

移動速度

02468

1012141618

0

5

10

15

20

25

30

35中央エリア進入回数 最高移動速度

020406080

100120140160

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)

みどりの香り- +

みどりの香り- +

cm/seccm

cm/sec

生理機能リフレッシュ効果

高架プラス迷路試験

不安尺度試験顔スケール

情動（不安・心配）

感覚運動機能

身体的にくつろぐか？→苦痛が減弱するか？

精神的にくつろぐか？→不安が減弱するか？

ラットヒト

ホットプレート試験侵害受容

嗜好性

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？

快適になるか？→快感を誘発するか？

アナルゲジーメーター

変化なし変化なし

中性中性

顔スケール不安尺度試験自己評定質問表（ STAI)

情動の評価

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

顔スケール

0

8

9

10

11

0

35

40

45

50

55

STAI1 　 STAI2 心拍

0

55

60

65

70

75

＋ ー

みどりの香りは情動に影響を及ぼさない不安

みどりの香り

NSNSNS

NS

自律系喜 -哀

＋ ー＋ ー＋ ー

48 484848 414242 15

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

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 (Wist

ar)

雄　　　　　雌0% 0.03% 0% 0.03% 0% 0.03% 0% 0.03%

オープンアーム進入時間 (sec)

0

8

12

4

30

0

10

20

40

5 6 6 65 6 6 6

オープンアーム進入回数

雄　　　　　雌

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

0

2

4

6

覗き込み時間

02468

1012

みどりの香り+-

sec

オープンアーム進入回数

0

2

4

6

8

10

0

オープンアーム進入時間

1020

30

40

50

みどりの香り+-

sec

生理機能リフレッシュ効果

変化なし変化なし

変化なし

情動（不安・心配）

感覚運動機能

身体的にくつろぐか？→苦痛が減弱するか？

精神的にくつろぐか？→不安が減弱するか？

ラットヒト

ホットプレート試験侵害受容

変化なし

中性中性嗜好性

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？

快適になるか？→快感を誘発するか？

アナルゲジーメーター

+ - + - + - + - + - + -

6

8

10

12

14

花の香りとみどりの香りは痛覚閾値を上げる

0

*

*

NS

NS

*NS

男性 (18) 女性 (7) 花の香り みどりの香り 木の香り

男性 (56)女性 (14)男性 (35) 女性 (4)

0

10

20

30

溶剤(2E)-Hexenal

24

*Paw-lick latency (sec)

24

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

生理機能リフレッシュ効果

NoNo

No

情動（不安↓）

感覚運動機能↑

身体的疲労・苦痛消失

精神的疲労・不安解消

ラットヒト

Yes侵害受容↓

No

NoNo嗜好性↑

感覚運動反応性・活動性促進

快適感誘発

まとめ

Yes

強制水泳（ 15分）

みどりの香りまたは溶剤（５分間曝露）

オープンフィールド（ 10分）

強制水泳後の活動抑制に及ぼすみどりの香りの効果

総移動量

0100200300400500600700800

中央エリア進入回数

012345678

移動速度

0

2

4

6

8

最高移動速度

05

1015202530

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)

みどりの香り+ - +

P < 0.05

P < 0.05

P < 0.005

P < 0.1

-

cm/sec

cm/sec

cm

みどりの香り

Wistar rats ( 集団飼育 )

Long Evans rats (隔離 １週間 )

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)

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)

侵入者を嗅いでいる時間

0

50

100

150

200

250sec

P < 0.1

侵入者を嗅ぐ回数

0

10

20

30

40

P < 0.005

闘争時間

02468

101214

みどりの香り- +

sec

侵入者への移動速度

0

0.4

0.8

1.2

1.6

- +

cm/sec

みどりの香り

生理機能リフレッシュ効果

情動高架プラス迷路試験

感覚運動機能オープンフィールド試験

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？

精神的にくつろぐか？→不安が減弱するか？

Long-Evans

Wistar

ストレス耐性強制水泳Intruder

侵害受容

No嗜好性接近行動

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？

快適になるか？→快感を誘発するか？

まとめ

Yes

No

No No

No No

Yes

ヒト

No

No

No

Yes

嗅上皮嗅結節

海馬視床

視床下部

梨状皮質 扁桃体 内嗅皮質

前頭眼窩野 前頭皮質

識別 情動好み

ホメオスタシス・生体防御

嗅覚系からホメオスタシス・生体防御系への神経経路

侵害刺激ストレス刺激

みどりの香り

嗅球

対照　　　　　　みどりの香り 　　　ストレス　　　　　ストレス＋　　　　　　　　　　　　　　　　　　みどりの香り

***

Fos蛋白陽性細胞数／切片120

100

80

60

40

20

0

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 ）

0

20

40

60

オレンジ バナナ ボルネオール ムスクGS GIS GS GIS GS GIS GS GIS

％興奮性反応 抑制性反応

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

TMA

GS GIS

植物の香り 非植物の香り

ブドウ糖 モルヒネ グルタミン酸尾部ピンチ

陰嚢 50℃熱刺激

+50 30 +10 15 -5 +30

ブドウ糖+30 15 10

モルヒネ+5 尾部ピンチ 尾部ピンチ

モルヒネ+5 +5 +5

Na+

Na++10 尾部ピンチ

ナロキソン+10

発火頻度／秒

1 分

1 分

15

10

10

A 5.6

A 4.9

A

B

ナロキソン+10

視床下部外側野ブドウ糖感受性ニューロンの侵害受容

モルヒネの効果

抑制

興奮

無変化

↓

36*

2

0

↑

0

1

0

→

13

1

0

↓

0

3

4

↑

0

0

7

→

0

12

87*

ブドウ糖感受性 ニューロン (n = 52)

ブドウ糖非感受性ニューロン (n = 113)

侵害刺激に対する応答

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

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↑3) ヒト副腎皮質ホルモン（コルチゾール） ↓

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

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）

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）

（＊ 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）

（宮崎 1996）

Orexin-A はホットプレート試験で痛覚閾値を上げる

0

10

20

30

Control Orexin-A

Paw with-drawal latency (sec)

*

9 8

Sakurai et al (1998)

視床下部外側野オレキシンニューロン

嗅上皮

嗅結節

海馬視床

視床下部外側野

梨状皮質 扁桃体 内嗅皮質

前頭眼窩野 前頭皮質

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）

みどりの香り受容体

嗅球

みどりの香り

認知 快不快