移動する脳波は、見えにくい物体の検出に役立ちます

移動する脳波は、見えにくい物体の検出に役立ちます

ソークの科学者は、物体の検出に役立つ覚醒脳内の神経波のパターンを発見

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現在、教授率いるソーク研究所の科学者チームは、 ジョン・レイノルズ は、物体の知覚の基礎となる神経メカニズムの詳細を明らかにしました。 彼らは、進行脳波と呼ばれる神経信号のパターンが覚醒している脳の視覚系に存在し、かすかな物体や見にくい物体を脳が認識できるように組織化されていることを発見した。 調査結果は、 自然 10月の7、2020。

「私たちは、進行する脳波に合わせて物体を視覚化すると、暗い物体が見える可能性がはるかに高くなることがわかりました。 実際、波は知覚の敏感さを促進するので、他の方法では見えなかったものが見えるようになる瞬間があります」と論文の上級著者であり、神経科学分野のフィオナ＆サンジェイ・ジャ委員長の保持者であるレイノルズは述べています。 「これらの進行する脳波は、物体の認識につながる情報収集プロセスであることが判明しました。」

科学者たちは麻酔中の進行脳波を研究してきましたが、この波は麻酔のアーチファクトとして無視されてきました。 しかし、レイノルズのチームは、これらの波が起きている間に脳の視覚部分に存在するのか、そしてそれらが知覚に役割を果たしているのかを疑問に思いました。 彼らは、視覚野の記録と最先端の計算技術を組み合わせて、進行する脳波を検出して追跡できるようにしました。

「知覚の神経メカニズムを理解するには、視覚野の神経活動を刻々と追跡するための新しい計算技術を開発する必要がありました」と、共同筆頭著者のライル・ミュラー氏（BrainsCANから資金提供を受けた応用数学科助教授）は言う。カナダのオンタリオ州にあるウェスタン大学の脳と精神研究所に勤務し、以前はソーク大学の Sejnowski 研究室で博士研究員を務めていました。 「その後、これらの計算手法を使用して、神経系にどのような変化が起こり、突然物体認識が可能になったのかを解明しました。」

科学者たちは、視覚世界の完全な地図を含む脳の領域からニューロンの活動を記録しました。 次に、視覚認識タスク中に進行する脳波の軌跡を追跡しました。 科学者らは、観測者がその物体を50パーセントの確率でしか検出できないように、画面上のターゲットを視認性の閾値に保ち、ターゲットが発見されたときを記録した。 対象物は変化していないため、研究者らは、観察者が対象物を知覚できる時間は半分しかないのは、脳内の神経信号の何らかの変化によるものに違いないと推論した。

彼らは、ターゲットを認識する脳の能力が、視覚系の中で進行する脳波がいつどこで発生するかに直接関係していることを発見しました。つまり、進行波が刺激と一致すると、観察者はターゲットをより簡単に検出できるようになります。 XNUMX秒間に数回発生するこれらの移動脳波は、スポーツファンが次々に立ち上がって腕を上げ、その後下げて再び座るスタジアムに似ていました。 研究チームによると、視覚系が外部環境を積極的に感知しているようだという。

「脳には自発的なレベルの活動があり、これらの進行波によって調節されているようです」とソーク教授は言う。 テレンス・セノフスキー、論文の著者であり、フランシス・クリック・チェアの保持者でもある。 「この波は、局所的なニューロンの発火によって引き起こされ、脳の周りに伝播する活動の産物であると私たちは考えています。」

「私たちは世界を正確に見ていると思って日常生活を送っていますが、実際には、私たちの脳は見えにくい細部を埋め込んでいます」と、この論文とソークの共同筆頭著者兼責任著者のザック・デイビスは言う。レイノルズ研究室の博士研究員。 「私たちは今、脳がどのようにして見えにくい情報を織り交ぜて物体を認識しているかを発見しました。」

科学者らは将来、これらの脳波が視覚に関係するさまざまな脳領域にわたって調整されているかどうかを調査する予定だ。 研究者らは、脳波が感覚処理と脳全体から現れる意識的認識の間のゲートとして機能する可能性があると理論づけている。

ウェスタン大学の Julio-Martinez Trujillo もこの論文の著者です。

この研究は、ダンとマルティナ ルイスのバイオフォトニクス フェローシップによって支援されました。 ギャツビー慈善財団。 神経科学分野のフィオナ＆サンジェイ・ジャー教授。 カナダ健康研究研究所。 スワーツ財団。 および国立衛生研究所 (R01-EY028723、T32 EY020503-06、および T32 MH020002-16A)。

DOI： 10.1038 / s41586-020-2802-y