人間や他の哺乳類がどうやって夜間視力を得たか

マウスの網膜からの上向きの運動検出神経節細胞(黄色の中心を有する赤色)は、げっ歯類が暗闇の中で動きを見るのを助ける。

八尾 et al 。、、 ニューロン 10.1016(2018)

月がない夜、地球に到達する光は、晴れた日に比べて1兆分の1です。しかし、ほとんどの哺乳動物は、猫や他の夜行性の動物の目の中で特別な光増強膜を使わなくても、うまく動き回ることができます。マウスの新しい研究は、このナイトビジョンがどのように機能するかを示唆しています。網膜の動き感知神経細胞は、暗い環境で相互にワイヤリングする方法を一時的に変化させます。この発見は、視覚障害のある人間を助けるかもしれないと研究者らは言う。

科学者たちは、ウサギ、マウス、ヒト、および他の哺乳類でナイトビジョンがどのように働くかについて既に知っていました。哺乳動物の網膜は、光度子の「馬鹿馬鹿しい」数に反応する可能性があると、新しい研究に関与していないカレッジパークのメリーランド大学の神経科学者、ジョシュア・シンガー氏は言う。単一の光子は網膜の棒細胞として知られている光感受性細胞を活性化することができ、神経細胞を介して脳に微小な電気信号を送る。

ある種の神経節細胞はモーション検出に特化しています。マウスがフクロウによって狩猟されている場合や、近づいてくるトラフィックを避けるためにダーツを掛けている場合、重要な機能です。これらの方向選択性神経節細胞(DSGC)のいくつかは、対象物が上方に移動しているときにのみ興奮する。その他のオブジェクトは、オブジェクトが下に移動しているとき、または左右に移動したときにのみ発動します。一緒に、細胞は、オブジェクトがどこに向かっているのかを決定し、どのように行動するかを決める脳にその情報を中継する。

DSGCsは脳内の数少ない場所の1つとして目立っています。神経科学者は、ニューロンが何をしているかをかなり確信しています。しかし、細胞は、ライトが消えたときに驚くべき様式で行動する。

ノースカロライナ州ダーラムのデューク大学の神経科学者、グレッグフィールド(Greg Field)らは、DSGCがどのようにして暗闇に適応しているかを調べるために、電極アレイが埋め込まれた小さなガラス板にマウスの網膜を敷くことで検査した。各アレイには約500個の電極が含まれていますが、それはわずか0.5ミリメートルに及ぶほど小さいです。酸化された溶液に浸しても、マウスの網膜は機能し、「見る」ことができ、アレイは何百ものニューロンからの電気活動を記録する。

チームは解剖された網膜に、対照的なバックグラウンドを横切って移動する単純な映画バンドを見せてから、典型的なオフィスレベルの照明から月の光景に移行して、光を10,000倍に変えました。 4つの方向性DSGCのうち3つは、ライトがダウンしたときの動作に応答して「堅固」であったとField氏は述べています。しかし、通常は上向きの動きに反応する第4のタイプは、 はるかに広い範囲の動きに対応しました 、ダウンと横を含む、彼らは今日 ニューロン

フィールドと彼の同僚は、なぜ "アップ"細胞が異常な動作をしていたのかを分析しました。彼らは、4つの指向性細胞の活動のコンピュータモデルを用いて、「上向き」の細胞が一方向の嗜好の一部を犠牲にしたとき、グループ全体の能力を向上させ、DSGCの運動を低レベルで検出する能力を高めると結論づけた光。

「アップセル」がどのように機能を変えているかを知るために、科学者たちは、アップセンシングニューロンにギャップジャンクションと呼ばれる細胞内結合がないマウスを遺伝子操作した。そのようなタンパク質チャネルは、化学信号が1つのニューロンから別のニューロンへと通過することを可能にし、以前にはナイトビジョンに関連していた。フィールドのチームは、ギャップジャンクションのないマウスの網膜組織において、アップセンシング細胞が暗闇に適応しないことを発見した。これは、低光での動き検出を向上させる「アップ」セルの能力の少なくとも一部が、ギャップジャンクションに依存することを意味すると著者らは述べている。

これが人々にも当てはまるかどうかは不明だが、げっ歯類の洞察は人工視力の取り組みにまだ適用されているかもしれない。 DSGCはヒトの神経節細胞のわずか4%を占めるにもかかわらず、マウスの約20%と比較して、視覚障害者のための多くの新しい網膜プロテーゼは電気的に刺激する神経節細胞に大いに依存している。このような研究は、これらの技術を微調整するのに役立つ可能性があるとField氏は述べています。 「神経節細胞を刺激しようとするなら、正しいシグナルを脳に送るようにする必要があります」

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