理研,匂いが同様に認識される仕組みを解明

理化学研究所(理研)は,カルシウムイメージング法を用い,「匂いオブジェクト」の脳内表現を生成する情報処理を解明した(ニュースリリース)。

匂いは一般的に複数の揮発性分子の混合物だが,動物はそれらの分子一つ一つを認識するのではなく,混合物全体を単一の匂いオブジェクトとして認識する。例えば,カレーに含まれるスパイス一つ一つではなく,全体を単一の「カレーの匂い」として認識する。

また,異なる匂い分子であっても化学的な性質が似ていれば,例えば「柑橘類の匂い」のように,同一の匂いオブジェクトとして認識する。しかし,匂いオブジェクトの脳内表現がどのような演算とメカニズムによって生成されるのかは,良く分かっていなかった。

今回,研究グループは,カルシウムイメージング法を用いて,ショウジョウバエの脳内の嗅覚一次中枢「触角葉」と二次中枢「キノコ体」から網羅的に神経活動を計測する技術を確立した。

それらの匂い応答を比較解析した結果,キノコ体において匂い分子の混合物や似た匂い分子のグループが,それぞれ独立したオブジェクトとして表現されていることを発見した。また,数理モデルを用いて,匂いオブジェクトの神経表現を生み出す情報処理のメカニズムを提示した。

さらに,キノコ体における匂いの神経表現が個体間で類似していることも発見し,個体が異なってもさまざまな匂いが同様に認識される仕組みを明らかにした。

嗅覚回路の機能やその基本的な配線図は,ハエからヒトまで共通であることとから,今回の成果は,自然界のさまざまな匂いをそれぞれ固有の匂いオブジェクトとして知覚するための普遍的な脳内情報処理の理解につながると期待できるものだという。

またこの研究は,直接結合した二つの脳領域に属するほぼ全ての神経細胞から,一細胞の分解能で網羅的に活動を計測した先駆的な成果となる。この技術を適用することによって,今後さまざまな脳領域での情報処理の研究が,一細胞および細胞集団の双方のレベルで飛躍的に進展することが期待できるとしている。

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