私たちは、なぜささやき声から音楽の繊細な音色まで、驚くほど幅広い音を聞き分けることができるのでしょうか。その驚異的な能力の鍵を握るのが、内耳にあるカタツムリのような形をした「蝸牛（かぎゅう）」という小さな器官です。しかし、この器官は非常にデリケートで体の奥深くにあるため、その働きを生きたまま詳しく調べることは長年の課題でした。この難問に生涯をかけて挑んだ研究者がいます。2025年8月に亡くなられたロックフェラー大学のA・ジェームズ・ハズペス医学博士（A. James Hudspeth, MD）です。博士と彼の感覚神経科学研究室のチームは、その逝去の直前、世界で初めて蝸牛の微小な断片を体外で生かし、機能させたまま維持するという画期的な技術的進歩を成し遂げました。
この新しい装置によって、蝸牛が持つ並外れた聴覚能力（卓越した感度、鋭い周波数チューニング、広範囲の音強度を符号化する能力など）の生体力学（バイオメカニクス）をライブで捉えることが可能になったのです。「私たちは今、これまで不可能だった制御された方法で、聴覚プロセスの最初のステップを観察できるのです」と、共同筆頭著者であり、ハズペス研究室の博士研究員であるフランチェスコ・ジャノーリ博士（Francesco Gianoli, PhD）は語ります。
この革新的な技術は、最近発表された2つの論文（それぞれ『PNAS』誌と『Hearing Research』誌に掲載）で詳述されており、ハズペス博士が50年にわたり取り組んできた聴覚の分子的・神経的メカニズム解明の集大成です。彼の洞察は、難聴を予防または回復させるための新たな道を照らしてきました。2025年7月14日に公開された『PNAS』誌のオープンアクセス論文は、「Amplification Through Local Critical Behavior in the Mammalian Cochlea（哺乳類蝸牛における局所的な臨界挙動による増幅）」と題されています。また、2025年4月30日に公開された『Hearing Research』誌のオープンアクセス論文は、「Toward an ex vivo Preparation for Studies of the Cochlear Active Process in Mammals（哺乳類における蝸牛の能動的過程の研究に向けたex vivo標本の開発）」と題されており、どちらの論文でもハズペス博士が責任著者を務めました。
この進歩により、研究者たちはまた、動物界全体の聴覚を支配する統一的な生物物理学的原理の直接的な証拠を提供しました。これはハズペス博士が四半世紀以上にわたって研究してきたテーマでもあります。
「この研究は傑作です」と、ハズペス博士の独創的な発見のいくつかで協力した、ロックフェラー大学統合神経科学研究室の責任者である生物物理学者のマルセロ・マニャスコ博士（Marcelo Magnasco, PhD）は言います。「生物物理学の分野において、過去5年間で最も印象的な実験の一つです。」
聴覚のメカニズム
蝸牛は進化の過程で生まれた驚異の工学的産物ですが、その基本的なメカニズムのいくつかは長く謎に包まれてきました。この器官は壊れやすく、体内で最も密度の高い骨の中に埋め込まれているため、その働きを直接研究することは困難でした。
これらの課題は、長い間、聴覚研究者を悩ませてきました。なぜなら、ほとんどの難聴は、蝸牛に並ぶ有毛細胞と呼ばれる感覚受容器の損傷に起因するからです。蝸牛には約16,000個の有毛細胞があり、その名前は、それぞれの細胞の先端に数百本の微細な「触角」、すなわち不動毛（stereocilia）が生えており、初期の顕微鏡学者がこれを髪の毛になぞらえたことに由来します。それぞれの不動毛の束は、音の振動を増幅し、脳が解釈できる電気信号に変換する、精密に調整された機械なのです。
ハズペス研究室で研究されてきたウシガエルのような昆虫や非脊椎動物では、「ホップ分岐（Hopf bifurcation）」として知られる生物物理学的現象が聴覚プロセスにおいて重要であることが十分に立証されています。ホップ分岐とは、一種の機械的な不安定性、つまり完全な静止状態と振動状態の間の「転換点」を指します。このきわどい境界線上では、ごくかすかな音でさえもシステムを振動させることができ、それによって通常では検知できないような微弱な信号をはるかに超えて増幅させることができるのです。
ウシガエルの蝸牛の場合、この不安定性は感覚有毛細胞の束にあり、それらは常に入ってくる音波を検出する準備ができています。音波が到達すると有毛細胞が動き、音を増幅します。これは「能動的過程」と呼ばれています。
マニャスコ博士との共同研究により、ハズペス博士は1998年にウシガエルの蝸牛におけるホップ分岐の存在を記録しました。それが哺乳類の蝸牛にも存在するのかどうかは、それ以来、この分野での議論の的となっていました。
その問いに答えるため、ハズペス博士のチームは、哺乳類の蝸牛における能動的過程を、これまで以上に高い詳細レベルでリアルタイムに観察する必要があると判断しました。
らせんから切り出された一片
そのために、研究者たちは人間と聴覚範囲が似ているスナネズミの蝸牛に着目しました。チームは、蝸牛の中音域を捉える領域から、0.5mm以下の微小な断片を切り出しました。彼らは、スナネズミの聴覚は成熟しているものの、蝸牛がまだ密度の高い側頭骨に完全に癒合していない発達段階のタイミングを狙って切除を行いました。
彼らは、この組織片を、感覚組織の生体環境を再現するために設計されたチャンバー内に設置しました。これには、内リンパと外リンパと呼ばれる栄養豊富な液体で継続的に組織を灌流し、本来の温度と電圧を維持することが含まれます。この特注デバイスの開発の鍵となったのは、ハズペス研究室の研究スペシャリストであるブライアン・ファベラ氏（Brian Fabella）と、ロックフェラー大学グルス・リッパー精密計測技術リソースセンターの計測エンジニアであるニコラス・ベレンコ氏（Nicholas Belenko）でした。
その後、彼らは小さなスピーカーを介して音を再生し、その応答を観察し始めました。
生物物理学的原理の発見
彼らが観察したプロセスの中には、有毛細胞の束にあるイオンチャネルの開閉が音による振動にエネルギーを加え、それを増幅する仕組みや、外有毛細胞が電気運動性と呼ばれるプロセスを通じて電圧変化に応答して伸縮する様子などがありました。
「私たちは、組織のあらゆる部分が細胞以下のレベルで何をしているのかを、非常に詳細に見ることができました」とジャノーリ博士は言います。
「この実験は、極めて高いレベルの精度と繊細さを要求しました」とマニャスコ博士は指摘します。「機械的な脆弱性と電気化学的な脆弱性の両方が問われるのです。」
重要なことに、彼らは能動的過程の鍵が、まさにホップ分岐、つまり機械的な不安定性を音の増幅に変える転換点であることを観察しました。「これは、哺乳類の聴覚メカニズムが、生物圏全体で見られてきたものと驚くほど類似していることを示しています」と、共同筆頭著者であり、同研究室の研究員であるロドリゴ・アロンソ博士（Rodrigo Alonso, PhD）は述べています。
将来の治療につながる可能性のあるデバイス
科学者たちは、このex vivo（生体外）蝸牛を用いた実験が、聴覚への理解を深め、より良い治療法への道を示すことを期待しています。
「例えば、私たちは今後、特定の細胞や細胞間の相互作用に焦点を当てるなど、これまで不可能だった非常に標的を絞った方法で、薬理学的にシステムを変化させることができるようになります」とアロンソ博士は言います。
この分野では、新しい治療法の可能性が強く求められています。「これまでのところ、感覚神経性難聴において聴力を回復させる薬は承認されていません。その理由の一つは、私たちがまだ聴覚の能動的過程について、メカニズムの完全な理解を得られていないことです」とジャノーリ博士は言います。「しかし今、私たちはシステムがどのように機能し、どのように、そしていつ壊れるのかを理解するためのツールを手に入れました。そして、手遅れになる前に介入する方法を考えられるようになることを期待しています。」
ハズペス博士はこの結果に深く満足していた、とマニャスコ博士は付け加えます。「ジム（ハズペス博士の愛称）はこれに20年以上取り組んできました。そしてこれは、彼の素晴らしいキャリアの最高の功績です。」
画像：蝸牛の生体環境を模倣するのに役立つ特別に設計されたチャンバー (Credit: Chris Taggart)
