三匹の盲目のネズミについての童謡にもかかわらず、 マウスの視力は驚くほど敏感です。マウスの物の見方を研究することで、研究者は、個々の脳細胞がどのように通信し、連携して視覚的な世界の精神的なイメージを作成するかについて、前例のない詳細を発見するのに役立ちました。
私は神経科学者です 脳細胞が視覚認識をどのように駆動するか、またこれらのプロセスが条件下でどのように失敗するかを研究した人 自閉症などの。 私の研究室 大脳皮質と呼ばれる脳の最も外側の部分にあるニューロンの電気活動を「聞く」 その大部分 視覚情報を処理する。視覚野が損傷すると、目自体に損傷がない場合でも、失明やその他の視覚障害につながる可能性があります。
個々のニューロンの活動、および脳が情報を積極的に使用および処理している間に各ニューロンがどのように連携するかを理解することは、神経科学の長年の目標です。研究者たちは、マウスの視覚システムを対象とした新しいテクノロジーのおかげで、この目標の達成に大きく近づいています。そして、これらの発見は、科学者が人々の視覚システムがどのように機能するかをより良く理解するのに役立ちます。
瞬きの中での心
研究者たちはマウスに視覚が現れると長い間考えていた 鈍くて明瞭度が低い。しかし、マウスの視覚野ニューロンは、ちょうど次のようなものであることが判明しました。 人間、サル、猫、フェレットの場合 – 必要とする アクティビティをトリガーする特定の視覚的特徴 そして特に 警戒状態および覚醒状態で選択的。
私の同僚や私、そして他の人たちは次のことを発見しました。 マウスは特に次のことに敏感です。 目の前の視覚刺激。マウスの目は前方ではなく外側を向いているので、これは驚くべきことです。猫や霊長類の目のような前向きの目は、外向きの目と比べて、自然に正面に焦点が合う範囲が広くなります。
この画像は、マウス網膜のニューロンを示しています。錐体光受容体 (赤)、双極性ニューロン (マゼンタ)、および双極性ニューロンのサブタイプ (緑) です。
ブライアン・リューとメラニー・サミュエル/ベイラー医科大学/NIH、Flickr経由
この発見は、前方視野を強調する視覚系の特殊化が、 マウスと人間の間で共有される。マウスの場合、まっすぐ前にあるものに視覚的に焦点を当てると、より集中的に行動できるようになる可能性があります。 影やエッジに反応する 彼らの目の前で、迫り来る捕食者を避けるのに役立ちます。 昆虫を狩り、捕獲して食料とする。
重要なのは、視野の中心は 老化や多くの視覚疾患で最も影響を受ける 人々の中で。マウスは視野のこの部分にも大きく依存しているため、視覚障害の研究と治療に特に有用なモデルとなる可能性があります。
千の声が複雑な選択を促す
テクノロジーの進歩により、視覚と脳に関する科学的理解が大幅に加速しました。研究者は現在、何千ものニューロンの活動を同時に定期的に記録し、このデータをマウスの顔、瞳孔、体の動きのリアルタイムビデオと組み合わせることができるようになりました。この方法でできることは、 行動が脳の活動とどのように相互作用するかを示す。
それは、一人のソリストをフィーチャーした粗い交響曲の録音を何年もかけて聴いているようなものですが、今では、すべての指の動きを音符ごとに読み取って、すべてのミュージシャンの演奏を聞くことができる、原始的な録音を手に入れることができます。
これらの改良された方法を使用して、私のような研究者は、複雑な視覚的動作中に特定の種類のニューロンがどのように連携するかを研究しています。これには、動き、注意力、環境などの要因が脳内の視覚活動にどのような影響を与えるかを分析することが含まれます。
たとえば、私の研究室と私は、視覚的な信号伝達の速度が どのようなアクションが可能であるかに非常に敏感です 物理的環境では。マウスが走行可能な円板の上に置かれている場合、マウスが両方の条件下で完全に静止している場合でも、マウスが静止チューブ内で休んでいるときに同じ画像を見る場合よりも速く視覚信号が皮質に伝わります。
電気活動を視覚認識に結び付けるために、研究者はマウスに何を見たと思うかを尋ねる必要もあります。どうやってこれを行ったのでしょうか？
過去10年間、研究者たちは長年の主張の誤りを暴いてきた。 マウスの学習と行動に関する通説。他のげっ歯類と同様に、マウスも驚くほど賢く、行動を通じて知覚した視覚的な出来事について研究者に「伝える」方法を学習することができます。
たとえば、マウスは次のことができます。 レバーを放すことを学ぶ パターンが明るくなったり傾いたりしたことを検出したことを示します。彼らはできる レゴホイールを左または右に回転させます ビデオ ゲームのように視覚刺激を画面の中央に移動することで、 車輪の上で走るのをやめる そして吐水口をなめる 視覚的なシーンが突然変化したことを検出したとき。
研究者に何かを見ていることを「伝える」方法として、マウスに水を飲むように訓練することができる。
felixmizioznikov/iStock、Getty Images Plus経由
マウスは視覚的な手がかりを使って次のことを行うこともできます。 視覚処理に集中する 視野の特定の部分に。その結果、それらの領域に現れる視覚刺激により迅速かつ正確に反応できるようになります。たとえば、私のチームと私は、マウスが周辺視野領域にあるかすかな視覚画像を検出するのが難しいことを発見しました。しかし、ひとたび彼らがそれに気づき、水の注ぎ口をなめて私たちに知らせると、その後の反応は次のとおりです。 より速く、より正確に。
これらの改善には代償が伴います。画像が予期せず別の場所に表示されると、マウスの反応が遅くなり、反応する可能性が低くなります。これらの発見は、次の研究で発見されたものと似ています。 人々の空間的注意力。
私の研究室でもそれが分かりました 特定の種類の抑制性ニューロン – 活動の広がりを防ぐ脳細胞 – 視覚信号の強度を強力に制御します。マウスの視覚野にある特定の抑制性ニューロンを活性化すると、マウスの画像認識を効果的に「消去」することができました。
このような種類の実験は、脳内の知覚と行動の間の境界が一定ではないことも明らかにしています。 かつて考えられていたよりもはるかに分離されていない。これは、視覚ニューロンが同じ画像に対して、行動状況に応じて異なる反応を示すことを意味します。たとえば、画像が次の場合には視覚反応が異なります。 正常に検出されましたそれが現れたら マウスが動いている間またはそれが表示される場合 マウスが喉が渇いたとき、または水分補給したとき。
皮質ニューロンが視覚画像にどのように迅速に反応するかをさまざまな要因がどのように形成するかを理解するには、これらの行動信号の寄与を視覚信号から分離できる計算ツールの進歩が必要です。研究者はまた、特定の種類の脳細胞がこれらの信号をどのように伝え、伝達するかを分離できる技術も必要としています。
地球を取り囲むデータクラウド
マウスの視覚システムに関する研究の急増により、科学者が 1 回の実験で収集できるだけでなく、科学者同士で公に共有できるデータの量が大幅に増加しました。
主要な国内外の研究センターは、 マウスの視覚系の回路を解明する 新しい光学的、電気的、生物学的分野の先駆けとして先頭に立って取り組んできました。 多数の視覚ニューロンを測定するツール 活動中。さらに、彼らは、 公開されているすべてのデータ感動的な 世界中で同様の取り組みが行われている。このコラボレーションにより、研究者のデータ分析、発見の再現、新たな発見の能力が加速します。
データの収集と共有における技術の進歩により、科学的発見の文化がより効率的かつ透明になる可能性があります。 データインフォマティクスの目標 今後数年間の神経科学の発展に向けて。
過去 10 年間のことを考えると、そのような発見は氷山の一角にすぎず、強力で盲目ではないマウスは、人間の脳の謎を理解する継続的な探求において主導的な役割を果たすだろうと私は信じています。
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#マウスを使って心の目を見つめる #神経科学者はどのようにして人間の視覚をより明確に認識しているのか
2025-12-16 13:44:00