方向選択性ニューロンのサブタイプは、複雑な運動パターンを検出し、均一な運動方向を検出しません-ScienceDaily

各T4/T5サブタイプは、1つの特定のモーションパターンを認識できます

ショウジョウバエの複眼は、六角形の配列で編成された800の視覚ユニットで構成されています。 個々の目は、順番に、環境からの光刺激を拾う複数の光受容体を備えています。 ここから、情報は視覚系で処理され、中枢神経系に送信されます。

光受容体から脳への途中で、さまざまなニューロンが画像と運動情報の処理に関与しています。 これらの中には、ローカルモーションディテクタとして機能するT4およびT5セルがあります。 T4 / T5細胞は、目の最初の方向選択性細胞であり、光受容体のわずか数層後ろにあります。 それらは一緒に発生し、T4セルの場合は明るいコントラストの移動に応答し、T5セルの場合は暗いコントラストの移動に応答します。 ショウジョウバエがこれらの細胞を欠いている場合、それらは環境からの運動刺激に反応することができず、「運動盲目」です。 以前は、T4 / T5ニューロンには4つのサブタイプがあり、800の個々のユニットのそれぞれが、視覚空間の特定の領域からの局所運動に対応する4つのT4および4つのT5セルによる4つの方向の1つを表すと想定されていました。 これは、単一のサブタイプのすべてのセルが均一な動き（前から後ろ、後ろから前、上、または下）に反応し、対応する情報を渡すことを意味しました。

ニューロンはハエの実際の行動を表します

マリオン・シリーズ教授のグループのミリアム・ヘニング博士は、「プロセスは複雑であり、ハエがこれらの4つの運動方向からどのように複雑なパターンを作り出すことができるかは不明でした」と述べています。 研究者らは、2光子イメージングを使用して、これらのローカルT4およびT5モーション検出器の3,500を超える人口活動を監視しました。 彼らは、このプロセスには4つだけでなく、6つのサブタイプが含まれていることを明らかにしました。これらのサブタイプは、宇宙を通るハエの動きを正しく感知して中継するのに役立ちます。 調査結果は現在、 サイエンスアドバンシス。 研究の筆頭著者であるヘニングは、ドイツ連邦教育研究省（BMBF）の資金提供イニシアチブの一環として2004年に設立された研究ネットワークであるBernstein Network Computational Neuroscienceから、彼女の業績に対してBernsteinSmartStepsAwardを受賞しました。

「以前考えていたように、個々のサブタイプは均一な運動方向をエンコードしません。代わりに、各サブタイプは、多くの異なる局所運動キューで構成される複雑なグローバル運動パターンを直接表す方向選択ニューロンのグループで構成されます」と博士は説明しました。ミリアム・ヘニング。 「これは、ハエの実際の行動パターン、つまり実際に宇宙を移動する方法とより密接に一致します。」 そうすることで、サブタイプはすべて同時に機能しますが、アクティブ化は異なります。

マウスに関する以前の研究は、マウスの眼の方向選択性ニューロン（この場合は網膜神経節細胞）が同様に動物の自己運動を複雑なパターンとして表すことを示しました。 しかし、興味深いことに、マウスには4つのサブタイプしか存在しませんが、ハエには6つのサブタイプがあります。 したがって、この種のグローバルモーション計算は、進化の過程で2回独立して発生した可能性があります。 研究の著者は、サブタイプの数が異なると、自己運動のパターンが異なる可能性があることを示唆しています。飛んでいる動物は3次元空間をカバーする必要がありますが、走っている動物は主に2次元で動きます。

神経生物学におけるパラダイムシフト

の運動情報の神経処理 キイロショウジョウバエ は約60年間研究されており、2013年以来、T4およびT5細胞がミバエの目の局所的な動き検出器として機能することが知られています。 「新しい発見は、私たちの分野におけるパラダイムシフトである視覚の神経生物学です」とマリオン・シリーズ博士は彼らの最新の発見に関連して強調しました。 「4つの均一な方向をキャプチャしてから、後続の視覚処理で自己運動に関連するグローバルパターンに変換するよりも、複雑なモーションパターンを直接キャプチャする方が理にかなっているようです。さらに、6つのT4/T5セルサブタイプは六角形によく一致します。フライアイの構造。」 ただし、多くの質問は未回答のままです。 研究者たちは、たとえば、方向選択サブタイプが、さまざまな走りまたは飛行行動を持つ種のさまざまな行動にどのようにマッピングされ、それら自体がこれらの行動をどのように制御するかをまだ知りません。 「私たちは将来これを探求したい」とSiliesは言った。