世界を再構築するのにかかる時間

2007 年 1 月 24 日

世界を再構築するのにかかる時間

2007 年 1 月 24 日

カリフォルニア州ラホーヤ – シームレスで詳細なビジュアル世界を認識するには、数回ちらっと見るだけで十分です。 しかし、「写真のスナップショット」の代わりに、物体の色、形、動きに関する情報が分解され、個々の神経細胞またはニューロンを通って脳の視覚中枢に送られます。 XNUMX世紀以上前にニューロンが発見されて以来、脳がどのようにして情景を元に戻すかについては、激しく議論されてきた。

ソーク生物学研究所の研究者は、斬新な実験計画により、このプロセスを精査することができました。 共同、ストップウォッチを手に。 彼らは、物体の個々の特徴が、正確には 1/100 秒の時間を要する計算プロセスによって永続的に結合されることを発見しました。 彼らの調査結果は、『』24月XNUMX日号で報告されています。 神経科学ジャーナル。

「脳がさまざまな信号をどのように統合するかという問題は、感覚処理を理解するための基礎であり、さまざまな理論が発展しています」と彼は言います。 ジョン・レイノルズ, Ph.D.、研究を主導したシステム神経生物学研究室の助教授。 「非常に単純な論理積の計算には、非常に短いながらも一定の時間が必要であるという我々の発見は重要です。なぜなら、この計算を仲介するメカニズムの動作に使用できる時間に非常に厳しい制限が課されるからです。」

統合に必要な時間を測定するために、レイノルズの研究室の数学者であるクララ・ボデロン博士は、単純な画像のペア (たとえば、赤い縦縞模様や緑の横縞模様) を丹念にデザインしました。これらの画像は、十分に早く提示されると、 、互いに打ち消し合い、見えなくなります。 (図を参照)。

実際に知覚の限界を超えるほどの速さで刺激を提示できる世界で最後の XNUMX 台のコンピューター モニターを確保し (新しい LCD モニターでは画面の更新速度が十分ではありません)、モニターを慎重に調整して個々の光受容体の活動を正確に制御した後、この目の中で、ソークの研究者らは、古くから議論が交わされてきた質問、つまり、ニューロンはどのように通信して、私たちの首尾一貫した世界認識を生み出すのか?の答えに少しずつ近づこうとしていた。

非常に高い提示率では、刺激は文字通り目に見えなくなりました。しかし、ボデロンが表示速度を遅くすると、人間の観察者は画像の方向を知ることができるようになりました。興味深いことに、プレゼンテーション率をさらに下げると、被験者は色と方向を区別できましたが、垂直方向と水平方向のどちらの画像が赤なのか緑なのかを言うことができませんでした。言い換えれば、脳は形と色の両方を「見る」ことはできても、それらがどのように組み合わされているかを見ることはできませんでした。

刺激の提示をさらに遅くした後でのみ、観察者は個々のオブジェクトの色と方向を正確に報告できます。これは、このすべての視覚入力の全体的な意味を計算するのは時間のかかるプロセスであることを示しています。したがって、刺激の特徴は、それらが互いに「結合」される前に知覚に利用可能でした。ただし、機能のバインドにはさらに時間がかかりました。

「オブジェクトの個々の属性を統合するために別の計算ステップが必要かどうか、必要な場合にどれくらいの時間がかかるかは誰も知りませんでした」とボデロン氏は説明します。 「色と向きの組み合わせを確実に認識するには時間がかかるという事実は、明確な統合メカニズムが存在することを示しています。私たちは今、このメカニズムの性質についてさまざまな仮説をテストし始めることができます。」と彼女は付け加えました。

「脳が視覚情報をどのように合成するかという問題は、基礎科学の観点から非常に重要です」とレイノルズ教授は説明し、「この問題はまた、視覚失認などの知覚障害を理解し、最終的に治療する上で重要な実践的な意味を持つ。患者は複雑な視覚刺激を「見る」ことができません。」

このつかの間の視覚的計算を正確に測定することにより、ボデロンと彼女の同僚は、この疾患に苦しむ患者の機能不全のメカニズムを理解する上で重要な第一歩を踏み出しました。

カリフォルニア州ラホーヤにあるソーク生物学研究所は、生命科学における基礎的な発見、人間の健康の改善、次世代の研究者の育成に専念する独立非営利団体です。 ジョナス・ソーク医師は、1955 年にポリオ ワクチンによって難病のポリオをほぼ根絶しましたが、サンディエゴ市からの土地の贈与とマーチ オブ ダイムズの資金援助を受けて 1965 年に研究所を設立しました。