脳が色と形をどのようにエンコードするかを解読する

脳が色と形をどのようにエンコードするかを解読する

ソーク研究は、脳が重複する視覚回路を使用して外界をどのように処理するかを明らかにする

ラホヤ—人が視覚的に区別できる色や形は何十万種類も存在しますが、脳はこれらすべての情報をどのように処理するのでしょうか? 科学者たちはこれまで、視覚システムは最初にさまざまなニューロンのセットで形状と色をエンコードし、その後、それらを組み合わせると考えていました。 しかし、ソークの研究者らによる新しい研究は、 科学 27 年 2019 月 XNUMX 日の研究では、色と形の特定の組み合わせに選択的に反応するニューロンが存在することが示されました。

「新しい遺伝子センサーと画像技術により、色と形を処理する視覚回路間のつながりをより徹底的にテストできるようになりました。」と彼は言います。 エドワード・キャロウェイ、ソークのシステム神経生物学研究所の上級著者および教授。 「これらの発見は、視覚回路が脳内でどのように接続され組織化されているかについて貴重な洞察を提供します。」

デジタル カメラ センサーと同様に、目の光感受性細胞 (光受容体) は、特定の範囲および特定の位置の光の波長を検出します。 次に、この情報は視神経を通って視覚野のニューロンに伝わり、そこで情報が解釈され、画像の内容の解読が始まります。 科学者たちは長い間、色と形は別々に抽出され、脳の最高中枢でのみ結合されると考えていたが、ソークの新たな研究は、それらがはるかに早い段階で結合されることを示した。

「私たちの研究の目標は、視覚システムが視覚刺激の色と形状をどのように処理するかをよりよく理解することでした」と、カリフォルニア大学サンディエゴ校のキャロウェイ研究室の医学博士/博士課程の学生で、共同筆頭著者のアヌパム・ガーグ氏は述べています。 「私たちは、視覚処理に関する長年の疑問に答えるために、新しいイメージング技術を適用したいと考えていました。」

研究者らは、イメージング技術と遺伝子発現センサーを組み合わせて、一次視覚野の色と形状の処理に関与する数千の個々のニューロンの機能を研究しました。 長い記録期間中に、各視覚応答ニューロンを最もよく活性化する刺激を見つけるために、色と形のおよそ 500 通りの組み合わせがテストされました。

研究チームは、視覚ニューロンが連続体に沿って色と形状に選択的に反応することを発見した。一部のニューロンは特定の色または形状のいずれかによってのみ活性化されるが、他の多くのニューロンは特定の色と形状に同時に反応するという長年の概念に反して、視覚処理がどのように機能するか。

「私たちの脳は、賢く設計された回路を使用して視覚情報を効率的にエンコードします。 色と形は初期の視覚野で別々に処理され、その後未知のメカニズムによって統合されるという教室での教えに反して、脳は色と形を体系的な方法で一緒に符号化します」と共筆著者のペイチャオ・リー氏は言う。キャロウェイ研究室の博士研究員。

「過去 20 年間、私は視覚システムがどのように色を処理するかを知りたいと思っていました。そのため、この発見は私にとって本当に刺激的です」と、分子神経生物学のヴィンセント J. コーツ教授のキャラウェイ氏は言います。 「この発見は、神経回路が色覚につながる計算をどのように行うかを理解するための基礎を築きます。 私たちはこれらの発見に基づいて、視覚野のニューロンがどのように連携して色や形を抽出するかを解明することを楽しみにしています。」

他の著者には、ソークのモハマド・S・ラシッドが含まれます。

この研究は、国立衛生研究所の助成金 (EY022577、NS105129、EY028084)、ギャツビー慈善信託およびパイオニア基金によって資金提供されました。

DOI： 10.1126/science.aaw5868