二羽の鳥の見分け方

2008 年 8 月 7 日

二羽の鳥の見分け方

2008 年 8 月 7 日

カリフォルニア州ラホーヤ – 著書『テレグラフヒルの野生のオウム』でアカハネメキシコインコの群れの冒険を記録した鳥愛好家は、ほとんどのオウムの名前を知っていますが、私たちのほとんどはオウムを区別するのは難しいでしょう。別の鳥から。 私たちが日々の環境に敏感に適応できることは長い間知られていましたが、その根底にある神経メカニズムはあまり明らかになっていませんでした。

今回、ソーク生物学研究所とワイル・コーネル医科大学の研究者の共同研究により、視覚情報を処理する脳細胞が、入ってくる情報を最大限に理解できるようにフィルタリング特性を調整していることが明らかになった。

「私たちは隣人に特有の顔の特徴を区別するのが最も得意であり、それがたまたまオウムだった場合、個々の鳥を認識するのが非常に上手になります。」と説明します。 タチアナ・シャープー, Ph.D. は、計算生物学研究所の助教授であり、Journal of Computational Neuroscience の 5 月 XNUMX 日オンライン版に掲載された現在の研究の筆頭著者です。

神経生物学者は、脳が情報をどのようにコード化して処理するかを理解するために絶えず研究を続けています。 以前は、脳の視覚回路がどのように機能するかに関する情報を収集するには、コンピューター画面上の単純化されたオブジェクトやランダムな刺激に頼らなければなりませんでした。 「最終的に、私たちは自然環境で何が起こっているのかに興味があります。しかし、質問によっては、自然風景の写真よりも視覚刺激の特性をより細かく制御する必要がある場合もあります。」とシャープー氏は説明します。

一次視覚野のニューロンは、目が見える視野の小さな部分を覆う窓内に刺激が現れた場合にのみ反応します。 この窓はニューロンの「受容野」として知られています。 刺激がニューロンの受容野に入ると常に、細胞は記録可能な「活動電位」として知られる電気スパイクの一斉発生を生成します。

しかし、これらのニューロンは何でも反応するわけではありません。 代わりに、それらは高度に特殊化されており、色、動き、特定の輝度パターンなどの単一の属性のみを「見る」ことができます。 ランダムな視覚刺激に反応する特定のニューロンの活動電位を測定することで、研究者はその受容野のプロファイルを推測することができます。

しかし、この単純な状況が不完全であることを示唆する証拠が増えています。 「個々のニューロンの反応は、受容野の周囲の単純な刺激によって強く影響を受ける可能性があります。これは、文脈変調として知られる現象です」とシャーピー氏は説明する。

文脈上の変調が輝度パターンの認識に特化したニューロンの見かけのプロファイルをどのように形成するかを明らかにするために、シャーピーは、ニューヨークのワイル・コーネル医科大学の神経学および神経科学のフレッド・プラム教授であるジョナサン・D・ビクター博士とチームを組みました。 この研究では、Victor によって初めて神経生理学に導入された XNUMX セットの視覚刺激が利用されました。 これらの刺激は、サイズ、コントラスト、輝度が一致していましたが、高次の統計が異なり、ある場合には指向性のある市松模様のようなパターンが、別の場合には風車のようなパターンが生じました（画像を参照）。 個々のパターンに対する単一ニューロンの反応は、Victor の研究室で記録されました。

情報理論を応用して信号の不協和音から意味を抽出するリーダーである二人の著者が開発した相補的な方法論を使用して、コードを解析し、ニューロンの応答における系統的な状況依存の変化を調べました。 驚くべきことではないかもしれないが、彼らは、より大きな受容野構成要素が、より小さな受容野構成要素よりも文脈調節の影響を受けやすく、より調整されることを発見した。

しかし、より重要なのは、奇数対称の成分は視覚野の V1 野のニューロン集団全体に系統的な変化を引き起こすのに対し、偶数対称の成分はそうではないことを発見したことです。

奇数対称コンポーネントとは、白と黒のバーが平行に配置されているなど、180 度回転すると反対のパターンになるパターンです。 偶数対称のコンポーネント (XNUMX つの黒いバーに挟まれた白いバーなど) は、この回転によって変化しません。

「コンテキストは、私たちが視覚刺激をどのように認識するかにおいて重要な部分です。そしてこれらの結果は、個々のニューロンがビーチや森林などの異なる自然環境でどのようにその特性を調整するかを示しています。」とシャープー氏は言います。

この研究は、スワルツ財団と国立衛生研究所からの助成金によって支援されました。

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。