TED日本語 - Heribert Watzke: 胃の中にある脳


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TED日本語 - Heribert Watzke: 胃の中にある脳

TED Talks

The brain in your gut
Heribert Watzke
Heribert Watzke


胃の中に機能しているニューロンがあることを知っていましたか?一億もあるのです。食物科学者である Heribert Watzke は私たちの胃にある「隠れた脳」と、その驚くべき働きを紹介します。


This technology made a very important impact on us. It changed the way our history developed. But it's a technology so pervasive, so invisible, that we, for a long time, forgot to take it into account when we talked about human evolution. But we see the results of this technology, still. So let's make a little test. So everyone of you turns to their neighbor please. Turn and face your neighbors. Please, also on the balcony. Smile. Smile. Open the mouths. Smile, friendly.

(Laughter) Do you -- Do you see any Canine teeth? (Laughter) Count Dracula teeth in the mouths of your neighbors? Of course not. Because our dental anatomy is actually made, not for tearing down raw meat from bones or chewing fibrous leaves for hours. It is made for a diet which is soft, mushy, which is reduced in fibers, which is very easily chewable and digestible. Sounds like fast food, doesn't it. (Laughter)

It's for cooked food. We carry in our face the proof that cooking, food transformation, made us what we are. So I would suggest that we change how we classify ourselves. We talk about ourselves as omnivores. I would say, we should call ourselves coctivors -- (Laughter) from coquere, to cook. We are the animals who eat cooked food. No, no, no, no. Better -- to live of cooked food. So cooking is a very important technology. It's technology. I don't know how you feel, but I like to cook for entertainment. And you need some design to be successful. So, cooking is a very important technology, because it allowed us to acquire what brought you all here: the big brain, this wonderful cerebral cortex we have. Because brains are expensive. Those have to pay tuition fees know. (Laughter) But it's also, metabolically speaking, expensive. You now, our brain is two to three percent of the body mass, but actually it uses 25 percent of the total energy we use. It's very expensive. Where does the energy come from. Of course, from food. If we eat raw food, we can not release really the energy. So this ingenuity of our ancestors, to invent this most marvelous technology. Invisible -- everyone of us does it every day, so to speak. Cooking made it possible that mutations, natural selections, our environment, could develop us.

So if we think about this unleashing human potential, which was possible by cooking and food, why do we talk so badly about food? Why is it always do and don'ts and it's good for you, it's not good for you? I think the good news for me would be if we could go back and talk about the unleashing, the continuation of the unleashing of human potential. Now, cooking allowed also that we became a migrant species. We walked out of Africa two times. We populated all the ecologies. If you can cook, nothing can happen to you, because whatever you find, you will try to transform it. It keeps also your brain working. Now the very easy and simple technology which was developed actually runs after this formula. Take something which looks like food, transform it, and it gives you a good, very easy, accessible energy.

This technology affected two organs, the brain and the gut, which it actually affected. The brain could grow, but the gut actually shrunk. Okay, it's not obvious to be honest. (Laughter) But it shrunk to 60 percent of primate gut of my body mass. So because of having cooked food, it's easier to digest. Now having a large brain, as you know, is a big advantage, because you can actually influence your environment. You can influence your own technologies you have invented. You can continue to innovate and invent. Now the big brain did this also with cooking. But how did it actually run this show? How did it actually interfere? What kind of criteria did it use? And this is actually taste reward and energy. You know we have up to five tastes,three of them sustain us. Sweet -- energy. Umami -- this is a meaty taste. You need proteins for muscles, recovery. Salty, because you need salt, otherwise your electric body will not work. And two tastes which protect you -- bitter and sour, which are against poisonous and rotten material. But of course, they are hard-wired but we use them still in a sophisticated way. Think about bittersweet chocolate; or think about the acidity of yogurt -- wonderful -- mixed with strawberry fruits.

So we can make mixtures of all this kind of thing because we know that, in cooking, we can transform it to the form. Reward: this is a more complex and especially integrative form of our brain with various different elements -- the external states, our internal states, how do we feel, and so on are put together. And something which maybe you don't like but you are so hungry that you really will be satisfied to eat. So satisfaction was a very important part. And as I say, energy was necessary.

Now how did the gut actually participate in this development? And the gut is a silent voice -- it's going more for feelings. I use the euphemism digestive comfort -- actually -- it's a digestive discomfort, which the gut is concerned with. If you get a stomach ache, if you get a little bit bloated, was not the right food, was not the right cooking manipulation or maybe other things went wrong. So my story is a tale of two brains, because it might surprise you, our gut has a full-fledged brain. All the managers in the room say, "You don't tell me something new, because we know, gut feeling. This is what we are using." (Laughter) And actually you use it and it's actually useful. Because our gut is connected to our emotional limbic system, they do speak with each other and make decisions. But what it means to have a brain there is that, not only the big brain has to talk with the food, the food has to talk with the brain, because we have to learn actually how to talk to the brains.

Now if there's a gut brain, we should also learn to talk with this brain. Now 150 years ago, anatomists described very, very carefully -- here is a model of a wall of a gut. I took the three elements -- stomach, small intestine and colon. And within this structure, you see these two pinkish layers, which are actually the muscle. And between this muscle, they found nervous tissues, a lot of nervous tissues, which penetrate actually the muscle -- penetrate the submucosa, where you have all the elements for the immune system. The gut is actually the largest immune system, defending your body. It penetrates the mucosa. This is the layer which actually touches the food you are swallowing and you digest, which is actually the lumen. Now if you think about the gut, the gut is -- if you could stretch it -- 40 meters long, the length of a tennis court. If we could unroll it, get out all the folds and so on, it would have 400 sq. meters of surface.

And now this brain takes care over this, to move it with the muscles and to do defend the surface and, of course, digest our food we cook. So if we give you a specification, this brain, which is autonomous, have 500 million nerve cells,100 million neurons -- so around the size of a cat brain, so there sleeps a little cat -- thinks for itself, optimizes whatever it digests. It has 20 different neuron types. It's got the same diversity you find actually in a pig brain, where you have 100 billion neurons. It has autonomous organized microcircuits, has these programs which run. It senses the food; it knows exactly what to do. It senses it by chemical means and very importantly by mechanical means, because it has to move the food -- it has to mix all the various elements which we need for digestion. This control of muscle is very, very important, because, you know, there can be reflexes. If you don't like a food, especially if you're a child, you gag. It's this brain which makes this reflex. And then finally, it controls also the secretion of this molecular machinery, which actually digests the food we cook.

Now how do the two brains work with each other? I took here a model from robotics -- it's called the Subsumption Architecture. What it means is that we have a layered control system. The lower layer, our gut brain, has its own goals -- digestion defense -- and we have the higher brain with the goal of integration and generating behaviors. Now both look -- and this is the blue arrows -- both look to the same food, which is in the lumen and in the area of your intestine. The big brain integrates signals, which come from the running programs of the lower brain, But subsumption means that the higher brain can interfere with the lower. It can replace, or it can inhibit actually, signals. So if we take two types of signals -- a hunger signal for example. If you have an empty stomach, your stomach produces a hormone called ghrelin. It's a very big signal; it's sent to the brain says, "Go and eat." You have stop signals -- we have up to eight stop signals. At least in my case, they are not listened to. (Laughter)

So what happens if the big brain in the integration overrides the signal? So if you override the hunger signal, you can have a disorder, which is called anorexia. Despite generating a healthy hunger signal, the big brain ignores it and activates different programs in the gut. The more usual case is overeating. It actually takes the signal and changes it, and we continue, even [ though ] our eight signals would say, "Stop, enough. We have transferred enough energy." Now the interesting thing is that, along this lower layer -- this gut -- the signal becomes stronger and stronger if undigested, but digestible, material could penetrate. This we found from bariatric surgery. That then the signal would be very, very high.

So now back to the cooking question and back to the design. We have learned to talk to the big brain -- taste and reward, as you know. Now what would be the language we have to talk to the gut brain that its signals are so strong that the big brain can not ignore it? Then we would generate something all of us would like to have -- a balance between the hunger and the satiation. Now I give you, from our research, a very short claim. This is fat digestion. You have on your left an olive oil droplet, and this olive oil droplet gets attacked by enzymes. This is an in vitro experiment. It's very difficult to work in the intestine. Now everyone would expect that when the degradation of the oil happens, when the constituents are liberated, they disappear, they go away because they [ were ] absorbed. Actually, what happens is that a very intricate structure appears. And I hope you can see that there are some ring-like structures in the middle image, which is water. This whole system generates a huge surface to allow more enzymes to attack the remaining oil. And finally, on your right side, you see a bubbly, cell-like structure appearing, from which the body will absorb the fat. Now if we could take this language -- and this is a language of structures -- and make it longer-lasting, that it can go through the passage of the intestine, it would generate stronger signals.

So our research -- and I think the research also at the universities -- are now fixing on these points to say: how can we actually -- and this might sound trivial now to you -- how can we change cooking? How can we cook that we have this language developed? So what we have actually, it's not an omnivore's dilemma. We have a coctivor's opportunity, because we have learned over the last two million years which taste and reward -- quite sophisticated to cook -- to please ourselves, to satisfy ourselves. If we add the matrix, if we add the structure language, which we have to learn, when we learn it, then we can put it back; and around energy, we could generate a balance, which comes out from our really primordial operation: cooking. So, to make cooking really a very important element, I would say even philosophers have to change and have to finally recognize that cooking is what made us.

So I would say, coquo ergo sum: I cook, therefore I am. Thank you very much.


この技術は 私たちに非常に重要な影響を与えました それは私たちの発展の仕方を変えました しかしこの技術は当たり前で 目に見えず 私たちが人間の進化について 考えるにあたり 長い間 この技術を考慮することを 忘れていたほどです この技術の結果は分かります ちょっとしたテストをしましょう 皆さん 隣の方と向かい合ってください 面と向かい合ってください どうぞ バルコニーの皆さんも 笑顔で 口を開いてください 親しげな笑顔でお願いします

(笑) ではみなさん 犬歯はありましたか? (笑) ドラキュラ伯爵の牙が お隣さんの口に生えていませんでしたか? もちろんなかったでしょう 私たちの歯は 歯科解剖学上 骨から生肉を削ぐためでも 繊維質な葉を何時間も噛むためのものではないからです 私たちの歯は やわらかく 繊維の少なく そして噛みやすく 消化しやすい食事のためです ファーストフードのことのように聞こえますね (笑)

私たちは調理した食事に適した歯を持ちます 私たちの顔には 調理 つまり 食材に変化を加えることで 今の私たちがあることの証明があります 従って私たちの分類について提案があります 私たちは雑食動物ですが 調理食動物と呼ぶべきだと思います (笑) ラテン語の調理するという言葉から付けました 私たちは調理した食材を 食べる動物なのです いえいえいえ 調理したものを食べる方が良いでしょう 料理とは非常に重要な技術なのです そう 技術なのです どう思われるか分かりませんが 私は娯楽として料理をします 上手に料理するには デザインが必要です 料理は重要技術です これによって私たちは 今日に至るものを獲得してきたのです それは大きな脳です 素晴らしき大脳皮質です 脳は大食らいです 教育費が必要なのと同様に (笑) しかし同時に 代謝の面でも高く付きます 脳は体重の 2% から 3% 程度の大きさですが 消費エネルギーの 25% を使っています 脳は高価なのです そのエネルギーは何から得るか?もちろん食べ物からです 食料をそのまま食べても あまりエネルギーにはなりません 私たちの先祖の発想から この素晴らしい技術が発明されました 不可視ですが いわば全人類の日常です 調理が私たちを 変異に 自然淘汰に 環境に 導いたのです

調理と食べ物によって 人間の能力が解放されたことを 考慮すると どうして食べ物が 悪く言われなくてはならないのでしょう? 何故いつも身体に良いか悪いかの 二つで語られるのでしょうか? 良い点については 能力の解放について 振り返りましょう 人間の可能性を高めたことについてです 調理によって私たちは 移住性も獲得しました 人類はアフリカから二度旅立ちました あらゆる環境下で生活するようになりました 調理さえ出来れば 移住先で何を見つけようとも それを食べられるようにするからです このことは常に頭を働かせることにも繋がります この非常に簡単な技術は こちらの式を 実践した末に発達したのです 食べられそうなものを見つけ 調理すれば それがお手軽なエネルギー源となります

この技術は 脳と腸に影響を与えました 脳は発達し 腸は縮みました 私の体格からは分かりづらいですね (笑) 霊長目の腸に比べ 体重の六割に 縮みました 食料の調理によって 消化が簡単になったためです ご存じの通り大きな脳は 大きな強みとなります 環境を左右するようになるためです 自らが生み出した技術を改良できます 継続的に刷新と発明ができます それは調理技術に対しても同様です ではどのような経緯を辿っていったのでしょう? 脳はどのように干渉したのでしょう? 何を基準として変化していったでしょう? それは味覚という報酬とエネルギーです 私たちは五つの味覚がありますね その内三つが私たちを支えています 甘みはエネルギー 旨味 肉の旨さです 筋肉やその回復のためにプロテインが必要です 塩味 電気信号で動く体のために塩分が必要です 後の二つは身を守ります 苦みと酸味 これらは毒性や腐食を 示してくれます これらはハードウェアに縛られたものですが 私たちは精巧に利用しています ほろ苦いチョコレートを思い浮かべてください あるいはヨーグルトの酸味と 最高ですね それとイチゴの組み合わせを思い浮かべてください

私たちはこういった無数の 組み合わせが作れます なぜなら調理によって 食べ物を工夫できるからです 報酬 これは複雑で さまざまな要素が絡み合っている 脳機能です 環境の状態や身体の状態 気分などが関係しています 好きではない食べ物でも お腹が空いていると非常に満足するでしょう 満足というのが重要な点です 先に触れたとおりエネルギーは必須です

そこで腸はどのように 発展に関わったのでしょう? 腸は無言の声を発します 声というより気持ちに近いです 私は快適消化と表現します 腸が実際に関わっているのは 不快適消化の方です 腹痛や満腹感などによって 適切な食事であったか 適切な調理であったか その他の不備は無かったか 知らせてくれます 私の話は二つの脳についてです 驚かれるかもしれませんが 私たちの腸には成熟した脳があるのです この場にいる管理職の方はこう言うでしょう 「新しいことは言っていない 直感だろ いつも使っているさ」 (笑) 実際に使っていますし とても有用です それは腸が感情を司る辺縁系と繋がっているためです 腸と辺縁系は互いにやりとりし 物事を判断します そして腸に 脳があると言うことは 大脳だけが 食べ物を扱うのではなく 食べ物が脳に情報伝達する必要があります なぜなら私たちは 脳に語りかける方法を学ぶ必要があるからです

腸に脳があるなら その使い方を学ぶ必要があります さて 150 年前 解剖学者は精密に記述しました こちらは腸壁の構造です ここでは三つの構造を取り上げます 胃 小腸 結腸です こちらの構造には ピンクがかった二つの層が見えます これは実は筋肉です 筋肉の層の間には 沢山の神経組織が見つかりました それは筋肉と 粘膜下組織を通っています ここには免疫システムの全ての要素が詰まっています 腸は皆さんの身体を守る 最大の免疫システムなのです 食べたものは粘膜を通ります この層が実際に皆さんが飲み込んで 消化する食べ物に触れる 管腔です 腸については 引き延ばすと 40 メートルにもなります テニスコート大です もし広げたら 畳まれている部分を全部伸ばせば 400 平方メートルになります

そしてこの脳の役割は 筋肉と動き 表面を守り そしてもちろん食べ物を消化することです この脳の仕様ですが これは自律しており 5 億個の神経細胞と 1 億個のニューロンを有します 猫の脳と同じくらいの大きさです つまりここに子猫が -- 自ら考え 食べたものを何でも活用します 腸には 20 種類のニューロンが存在します この規模の多様性は豚の脳に見られます 豚の脳には一千億のニューロンがあります ミクロの自律組織回路であり プログラムが実行できます 食べ物を感知し 何をしたらよいかを知っています 食べ物を化学的に そして機械的に感知している点も重要です 食べ物を移動させ 消化に必要なさまざまな要素を 混ぜる必要があるためです この筋肉の制御は非常に重要です それは反射があるためです 食べ物がいやだったら 特に子供らはえづきます その反射を引き起こすのがこの脳です 最後に 調理した食べ物を実際に消化する 分子機械の分泌も制御します

二つの脳はどのように協働するのでしょうか? ロボット学のモデルを用意しました 包摂アーキテクチャと呼ばれるものであり これは私たちが階層型の制御システムを持っていることを示しています 下層に属する腸という脳は 消化や防衛といった独自の目的を持っており 上層の脳は 行動の統合や発生といった 目的を持っています 青い矢印のところですが どちらも内腔や腸にある 単一の食べ物に対応します 頭脳は信号を統合します 腸の脳の行動から 発信される信号をです 包摂が意味するところは 頭脳が腸の脳に干渉できるということです 頭脳は信号を 置き換えたり抑制できます 二箇所から信号が 空腹信号が発信されるとします 空腹なら 胃はグレリンというホルモンを産出します 非常に大きな信号で これは脳にこう命令します 「食べに行け」 停止信号もあり 八種類もの信号があります 私の場合 この信号は無視されますけどね (笑)

では もし頭脳が統合の段階で 信号を無視したらどうなるでしょう? 空腹信号を無視すると 拒食症と呼ばれる疾患に罹るでしょう 健常な空腹信号の 発信であるにも関わらず 頭脳はそれを無視し 腸に他のことをさせます もっと有名なのは 過食でしょう 信号を受け取っても それを変え 食べ続けます 八種類の信号がこう止めてもです 「止めて エネルギーはもう十分に送ったよ」 興味深いのは 下層の辺り 腸で 消化できるものが 未消化のままあると 信号はどんどん強くなります これは肥満外科より明らかになりました 信号はどんどん強くなっていきます

ここで調理と デザインの話に戻ります 私たちは頭脳に語りかける方法を学びました ご存じの通り 味と報酬です 頭脳も無視が出来ないほど 強力な信号を 腸の脳が発信するための 言語は何でしょう 私たち皆が望む ある状態を生み出します 空腹と飽食の 均衡状態です 私たちの研究成果から短い提言があります これは脂肪の消化です 左は オリーブオイルの小滴です これは酵素から攻撃されます これは生体外試験です 腸で研究を行うのは非常に難しいのです 誰もが オイルが分解され 成分が遊離すると 消えると予想するでしょう 吸収されるためです しかし実際はとても複雑な構造が現れます ご覧頂けるでしょうか リング状になっているものが中央の画像に見えます 水です このシステム全体が大きな面を生成し より多くの酵素が 残ったオイルを排除するよう仕向けます そうして右の図では 泡立った 細胞のような構造が現れます これから身体は脂肪を吸収します その言語を 構造の言語を用いて 持続時間を延ばし それが腸を端まで 通り抜けられるようにしたら より強力な信号を発信できます

私たちの研究は 大学などの研究でも同様だと思いますが この点に取り組んでいます すなわち 些細なことに聞こえるかもしれませんが 調理をどう変えていけるかについてです どう調理すれば この言語を発展させられるでしょう? 私たちの問題は雑食動物のジレンマではありません 私たちは調理食動物としての機会があります 過去二百万年で 味や報酬を獲得したためです それは調理するのに洗練された機能で 私たちに快感と満足を与えてくれます 今後明らかにする必要がありますが マトリックスを 構造言語を加えれば エネルギー摂取を 調整できるようになり 均衡状態を作れます そしてそれは 私たちの原始的な行動である調理から生まれます 従って調理を本当に 重要な要素にするには 哲学者たちさえも 調理が私たちを 作ったのだと考え改めなければならないでしょう

ですので私はこう言います コッコ エルゴ スム 我調理するゆえに我あり どうもありがとうございました


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