脳が動き中の視覚を解体する方法

私たちが速く動いているのに、なぜ私たちの精神的なイメージは鋭いままになるのですか？オーストリア科学技術研究所（ISTA）のマクシミリアンヨーシュ教授が率いる神経科学者のチームは、動物の動きによって引き起こされる視覚的歪みを修正するメカニズムを特定しました。マウスで実施されたこの研究は、人間などの霊長類を含む脊椎動物の視覚システム全体に一般化できるコア機能を特定します。調査結果はそうです 公開 で 自然神経科学。

ここ数十年の急速な発展にもかかわらず、ビデオカメラ業界はまだ人間の目の能力に追いついています。特に、アクションカムは、アクションに没頭しながら映像をキャプチャするように設計されています。人間の目の能力に基づいて、映像の品質と派手な機器と最適化ソフトウェアの必要性を判断すると、疑問が生じます。

オーストリア科学技術研究所（ISTA）のマクシミリアン・ヨシュ教授率いる研究者は、現在、この質問に技術ツアーDEの力で答えています。 3人の科学者であり、第一の著者であるTomas Vega-Zuniga、Anton Sumser、およびOlga Symonovaは、動きが視覚信号を歪める方法を予測および最小化できるマウスの脳領域を特定するために、一連の最先端の技術を組み合わせました。 。脳の奥深くに住んでいるこの脳領域は、文字通り、脳の運動コマンドをコピーして、動き誘発性の歪みを抑制します。

「画像の修正が非常に早く起こることを示します 視覚処理– 情報が、より複雑な視覚的特徴を表すことが知られている脳の他の領域に送信される前に、ヨシュ氏は述べています。

ポストプロダクションのないフォーミュラ1映像

科学者たちは、この組み込みのハイテクビデオ最適化ソフトウェアの原因となる脳領域として「腹側横方向のgeniculate核」（VLGN）を特定しました。脳皮質の下にある脳の中心にある卵形の構造である外側視床にあります。

研究者は、VLGNが脳全体からさまざまな運動信号と感覚信号を統合し、包括的な修正信号を計算するハブとして機能することを発見しました。 1つの例は、目が動くとすぐに視覚信号の「un bluring」です。これにより、視覚処理の後の段階をより効率的に計算できます。

「フォーミュラ1レース中に良いビデオ映像を取得するための戦略について考えてみてください。車が非常に速く動いているため、最終映像をぼやけさせるには露出時間を短縮する必要があります」とヨシュは説明します。

このような映像は、ポストプロダクションなしでテレビでライブ放送できます。これは、VLGNが私たち自身の動きを私たちの周りの世界の動きと区別するのに役立つために、おおよそ行うことです。ただし、車のレースを示す静止カメラとは異なり、脳のVLGNプロセスは、フォーミュラ1の「ドライバーの目」のオンボード映像と同様に信号を送り、私たちが知覚するものを安定させるための動きを動的に補正します。

レーダーの下を飛んだコア関数

以前の研究では、動き中に視力を効果的に調整するメカニズムを検索しました。この研究の多くは、霊長類のサッカーディックの眼の動きの研究に焦点を合わせてきました。サッカードは、視野のある部分から別の部分への視線の中心の急速なシフトであり、理論的には精神的なイメージを曖昧にしたり作成したりする動きですが、必ずしもそうではありません。ただし、これらの研究は、視覚処理経路のはるかに後の段階に関与する皮質構造に焦点を当てていました。

これとは対照的に、私たちの感覚システムは、さまざまな種類の動きによって常に「攻撃」されています。したがって、脳が視覚の動きを補うことができるほど早く、より良いとヨシュは説明します。 「私たちの発見は、画像がすでに修正されている視覚処理経路の段階を見ていたため、今まで観察されていない可能性があります。」

現在、ISTAの科学者は、マウスのVLGNに関する彼らの発見が哺乳類の脳のコア機能を表していると仮定しています。 「霊長類には同様の構造が存在しますが、これも人間の場合でもあります。これにより、結果は非常にエキサイティングになります」とヨシュは言います。

in vivoで脳を画像化する仮想現実システム

ISTA科学者が使用した最先端の技術の中には、カスタム構築された2光子カルシウムイメージング顕微鏡がありました。この手法により、チームは、マウスが目を覚まし、通常は仮想現実システムで動作している間に、無傷の脳のVLGNニューロン活動を測定できます。

「このセットアップを使用すると、マウスの脳を調べて、マウスが仮想世界をさまよいながらVLGN神経の活動を観察することができます」とヨシュは言います。

この方法を使用して、チームは、VLGNが動き中に視覚的な歪みを「unblur」するために使用できる行動指示の非常に具体的なコピーを受け取ることを発見しました。 「この論文は、マウスの脳におけるVLGNの役割を包括的に理解するために複数のアプローチを使用して、真の技術ツアーの力でした」とヨシュは言います。 「フォローアップ研究が私たちをどこに連れて行くかを見て興奮しています。」