ソークの科学者が視覚の最前線を地図で描く

ソークの科学者が視覚の最前線を地図で描く

マウスを使った先駆的な視覚研究は、脳機能と精神疾患の研究に革命をもたらす

カリフォルニア州ラホヤ—私たちの脳の中には 3D の世界があります。 それは外の世界を模倣した風景であり、そこでは私たちが見ている物体が神経回路と電気インパルスの集合として存在します。

現在、ソーク生物学研究所の科学者たちは、開発した新しいツールを使用してその世界を図表化しています。これは、視覚の神経学的基礎に関する研究に革命を起こす重要なステップです。

科学者たちは初めて、さまざまな種類の視覚情報を処理するマウスの脳の領域のニューロンごとのマップを作成し、最先端の遺伝子研究技術を使用して脳の回路を解読するための基礎を築きました。マウスで。

「認知研究の分野では、これはマウスの上に地図を置くことによって、マウスを地図上に置きます」とソークの研究員であるジェームス・マーシェルは言う。 マーシェルとカリフォルニア大学サンディエゴ校の大学院生マリーナ・ギャレットは、22月XNUMX日号の前進を報告する論文の筆頭著者だった。 ニューロン.

視覚認知の背後にある計算を含む、人間の脳の非常に複雑な計算を理解するために、科学者は主に、動物界で私たちに最も近縁であり、認知能力の点で私たちと最も似ているサルなどの霊長類に関する研究に頼ってきました。

研究者らは、霊長類の脳のどの部分が外界から収集した感覚情報のさまざまな側面を処理しているかを特定した。 特に、霊長類の脳のどの領域が特定の視覚情報を処理し、物体を識別し、三次元空間での動きを追跡するのに役立っているかについては、多くのことが知られている。

「私たちは、目がどのように脳に情報を送り込むかについて多くのことを学びました。そして、脳の大部分がこの情報の処理に費やされています」と彼は言います。 エドワード・キャロウェイ、ソーク大学の教授 システム神経生物学研究室、その研究室が研究を行った。 「視覚は、脳の仕組みを理解し、最終的には精神疾患と意識を研究するための素晴らしいシステムです。」

比較的単純なマウスの脳を研究することで、科学者が人間の脳をより深く理解できる可能性のある強力な新しい科学ツールが登場しています。 これらの方法により、科学者は、脳回路を形成するニューロンを含む細胞の挙動を制御する DNA 内の命令である遺伝子を変更することができます。 科学者らは、遺伝的手法を使って脳の接続をマッピングし、細胞の活動を制御することで、脳の詳細な配線図を作成し、これらの回路がどのように機能するかを調査したいと考えている。

「マウスはサルで行われている研究を置き換えることはできませんが、これらの研究技術はサルよりもマウスではるかに進んでいます」とキャラウェイ氏は言う。 「遺伝的ツールを使用して神経活動を修正し、その結果生じる脳と神経活動の変化を研究する能力は、神経科学に革命をもたらしています。」

マウスにおけるこのような遺伝子工学技術は大きな可能性を秘めているが、マウスの視覚野（目からの信号の意味を計算する高レベルの脳領域）のどの領域が視覚情報のさまざまな要素の処理を担当しているかについてはほとんど知られていなかった。

これを解決するために、キャロウェイと彼の同僚は、マウスの視覚処理システムのマップを作成することに着手しました。 彼らは、特定の色の光にさらされると発光するカルシウム感受性の蛍光色素をマウスに注射した。 神経細胞内のカルシウムの量はニューロンの活動レベルに応じて変化するため、科学者は脳細胞がどれだけ明るく光るかに基づいて脳細胞の活動を測定できる可能性があります。

次に科学者らは、テレビモニターにさまざまな種類の視覚刺激を表示し、脳のどの部分が光るかを記録した。 記録を作成するために、彼らは個々の神経細胞の活動を識別できる高解像度カメラを使用しました。

彼らは、マウスの視野、つまり目を通して見える三次元空間の領域が、脳内の対応するニューロンの集合によって表されることを発見した。 研究者らは、どのニューロンが動物の視野のどの領域に関連付けられているかを正確に記録した。

研究者らは、目に見える外界の完全な神経「地図」を含む動物の視覚皮質のXNUMXつの異なる領域を研究し、各領域が視覚情報の処理において特殊な役割を担っていることを発見した。 たとえば、特定の領域は空間内で物体が移動する方向に敏感である一方、他の領域は細部の識別に重点を置いています。

これらの脳機能マップを手に入れたことで、ソーク研究者らは、遺伝的手法を用いて回路機能を操作したマウスの脳機能を比較できるベースラインを手に入れた。 最終的には、マウスの脳がどのように機能するかを詳細に理解することで、人間の心の仕組みが解明されるだろうとキャラウェイ氏は言う。

「これにより、意識の神経基盤を調査し、統合失調症や自閉症などの病気の場合に神経回路で何が問題になっているのかを特定する新しい方法が得られます」とキャラウェイ氏は述べた。

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、発見と次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、感染症の理解に画期的な貢献をしています。

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。

詳細については：
ニューロン
著者: ジェームズ H. マーシェル、マリーナ E. ギャレット、イアン ナウハウス、エドワード M. キャロウェイ
XNUMXつのマウス視覚皮質野の機能的特殊化