総研大,アゲハの光応答を明らかに

総合研究大学院大学の研究グループは,アゲハチョウの大脳にありその形からキノコ体と呼ばれる領域にある神経群から光の波長(紫外光〜赤色光)への応答を記録し,その形を明らかにした(ニュースリリース)。

ナミアゲハ(以後アゲハ)は,ミツバチと並ぶ色覚研究のモデル種のひとつで,ヒトと同様わずか1nmの差を違う色として見分ける。

特に,紫外線から赤色までを色として見ており,3つの波長域で鋭い波長弁別能を示す点でヒトの色覚より優れている。つまりアゲハには,ヒトよりもはるかに多くの色が見えている。

昆虫の脳では,網膜で受け取られた光情報は視覚中枢で処理され,大脳で他の感覚と統合される。研究グループは以前,視覚中枢から大脳にあるキノコ体に入る3つの神経束を見つけた(MB視覚神経)。このキノコ体への視覚入力は視覚情報の学習経路と考えられており,研究グループは,アゲハのMB視覚神経は”色”情報が含まれているという仮説を立てた。

研究では,アゲハのひとつのMB視覚神経にガラス微小電極を刺して,細胞の電位変化を測定する細胞内記録法を用いて波長応答特性を記録し,記録後電極に詰めておいた色素を細胞内に注入して神経の形態を明らかにした。

記録できたほとんどのMB視覚神経は,光が当たっていない時比較的低い頻度で活動電位を発生していた。300~740nmまで23種類の色光のフラッシュ光(750msec)を当てていくと,MB視覚神経はあるごく狭い波長域の単色光に対しては興奮性応答,別の広い波長域の光には抑制性応答を示した。このような応答は反対色性といい,色情報処理に関わる神経の重要な特性の一つとされている。

MB視覚神経の場合,420nmにのみ興奮性,440-500nmの色光に対しては抑制性の応答を示した。このような応答は,網膜にあるいずれの視細胞の波長応答特性や,ミツバチやショウジョウバエの視細胞の特徴で説明できる反対色性神経とも違っていた。

このことから,アゲハのMB視覚神経は,より情報処理が進んだものであることがわかる。今回記録した神経のほとんどが,視小葉腹側球から入力し,キノコ体傘部で出力するタイプだった。

アゲハのMB視覚神経群のもうひとつの重要な特性は,その波長応答特性の多様性にある。19個の視小葉腹側球入力のMB視覚神経群の波長応答特性から,MB視覚神経の波長応答特性が多様であることがわかる。

MB視覚神経にある波長応答特性の多様性は,アゲハのヒトを凌駕する色弁別能に対応すると考えられ,研究グループは,神経系での視覚情報の表現が詳しくわかっていけば,将来アゲハの見ている世界をより正確に疑似体験できるバーチャルリアリティーが作れるかもしれないとしている。

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