2009 年 9 月 23 日
カリフォルニア州ラホヤ発-脳は決して怠けているわけではない。 私たちが起きていても寝ていても、テレビを見ていても目を閉じていても、自発的な神経信号の波が私たちの脳内を流れています。 視覚的注意を研究しているソーク生物学研究所の研究者は、入ってくる感覚信号が背景の絶え間ない鳴り響く中でどのように聞こえ、確実に処理され伝達されるかを説明する新しいメカニズムを発見した。
「私たちは、視覚システムが視覚シーンで得られるすべての情報を一目見ただけで処理しているという幻想を抱えて生きています」と彼は言います。 ジョン・H・レイノルズ、Ph.D.、ソーク研究所のシステム神経生物学研究室の准教授であり、現在の研究の主著者。 「実際には、典型的なシーンにはディテールが多すぎて、視覚システムが一度にそれをすべて取り込むことができません。したがって、私たちの周囲の世界に対する私たちの認識は、ある意味、私たちが注意を向けているものから組み立てられているのです。」
研究者らは、視覚的な詳細に注意を払うと、注目される刺激に合わせて調整されたニューロンの発火率が増加することを以前から知っていました。 これまで、これらの注意に依存した神経活動の増加が、私たちが感覚刺激に注目したときに経験する知覚弁別の改善の主な原因であると考えられてきました。
ソーク研究者の研究結果は、ジャーナルの 24 年 2009 月 XNUMX 日号に掲載されました。 ニューロン、発火率の上昇は物語のほんの一部にすぎないことを明らかにします。 「私たちが発見したのは、注意力も背景活動を減少させるということです」と博士研究員で筆頭著者のジュード・ミッチェル博士は言う。 「私たちは、このノイズの低減により、神経信号の忠実度が、注意に依存した発火率の増加によって引き起こされる改善の 80 倍もの係数で向上すると推定しています。このノイズの低減は、最大 XNUMX 倍の原因となる可能性があります。」注目のストーリーの%。」
光が網膜に当たると、視覚情報が神経インパルスのカスケードに変換され、信号が脳の奥深くに送信されます。 頭蓋骨の後ろの後頭葉にある脳の視覚野で、これらの信号が解釈され、知覚が生じます。 しかし、視覚系の能力には限界があり、網膜に入るすべてのものを処理することはできません。 代わりに、脳は注意力を利用して興味のある詳細に焦点を当て、背景の雑然としたものからそれらを選択できるようにします。
レイノルズ氏、ミッチェル氏、および元大学院生のクリスティ・サンドバーグ氏は、研究の中で、外部の気を散らすものを効果的に排除する注意力が、内部の煩悩にも同じように作用するのかどうかを尋ねた。 注意は一般に、反応ニューロンの発火率を高めます。刺激が強いほど、XNUMX 秒あたりに送信されるインパルスが増加し、信号の品質が多少向上します。 「ステレオの音量を非常に低いところから高いところまで上げるのと少し似ています」とレイノルズ氏は言います。 「小さな音量では信号があまりはっきりと聞こえません。これは、信号が弱いだけでなく、周囲の騒音が刺激を覆い隠しているためです。音量を上げると、信号がよりクリアになります。」
しかし、最も管理された実験室条件下であっても、同じ反復刺激によって引き起こされる反応は試験ごとに異なります。 「ニューロンは非常にノイズの多いコンピューティング デバイスです」とミッチェル氏は言います。 「各ニューロンは何千ものニューロンから入力を受け取り、入ってくる情報をバックグラウンドノイズから区別する必要があります。」
各ニューロンが隣接するニューロンの動作とは独立したランダム ノイズを生成した場合、受信側の脳細胞は単純にすべての入力信号をプールし、ノイズを平均化することができます。 レイノルズ氏は、これを株式ポートフォリオのリスク分散にたとえています。「価格が個別に変動する株式のポートフォリオがある場合、投資を大規模な株式プールに分割することで変動を減らすことができます。」
残念なことに、脳のバックグラウンドノイズの多くは、脳細胞の大きな集団全体にわたって波打つ自発的な神経信号の波から発生するため、ニューロンにとってこのオプションは検討の対象外です。 ミッチェル氏は、「これらの変動は神経集団全体で共有されているため、単純に平均化することはできません」と述べています。 投資の例えを拡張して、不動産投資プールに資金を投入したとします。 ポートフォリオは、プールがどれほど大きくても、不動産市場の変動、つまり個々の投資の価値の相関変動の影響を受けます。
しかし、研究者らが、画面上の視覚刺激に熱心に注意を払う必要がある単純なビデオゲームをプレイするように訓練された動物の視覚ニューロンの大集団の活動を測定したとき、興味深いことが起こりました。 内部の変動や共有ノイズが静まり、入ってくる感覚情報の視認性が向上しました。
「注意は知覚の重要な部分です」とレイノルズは言います。 「したがって、注意力が低下する脳障害は、壊滅的な影響を及ぼします。これらの知覚欠陥の原因を理解し、それらを治療する方法を見つけるには、注意力の神経メカニズムについての洞察を得ることが不可欠です。ジュードは、主要な新しい注意力メカニズムを明らかにすることで、意識の神経メカニズムの理解に向けて大きな一歩を踏み出しました。」
この研究は、国立衛生研究所と国立科学財団によって部分的に支援されました。
ソーク生物学研究所について
ソーク生物学研究所は世界有数の基礎研究機関の XNUMX つであり、国際的に有名な教員がユニークで協力的かつ創造的な環境で生命科学の基礎的な疑問を研究しています。 ソークの科学者は、発見と将来世代の研究者の指導の両方に重点を置き、神経科学、遺伝学、細胞生物学、植物生物学、および関連分野を研究することで、がん、老化、アルツハイマー病、糖尿病、心血管疾患の理解に画期的な貢献を行っています。
教員の功績は、ノーベル賞や全米科学アカデミーの会員など、数多くの栄誉によって認められています。 ポリオワクチンの先駆者であるジョナス・ソーク医学博士によって 1960 年に設立されたこの研究所は、独立した非営利団体であり、建築上のランドマークでもあります。
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