視床-皮質間双方向性結合によるダイナミックゲインコントロール

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大脳皮質視覚野ニューロンの受容野刺激に対する反応は、受容野周囲に呈示した刺激の図形特徴に依存して主に抑制性の修飾を受ける。これは刺激文脈依存的反応修飾と呼ばれ、広域視野の刺激布置に依存して情報処理効率を最適化するための神経メカニズムと考えられる。本研究では、この現象を麻酔非動化したネコの一次視覚野(V1)および外側膝状体(LGN)において検討し、その性質を定量的に比較することにより、皮質ニューロンの反応特性に対する視床からの入力の貢献のあり方を明らかにすることを目的とした。1)受容野周囲刺激による修飾作用の刺激コントラスト依存性:正弦波縞刺激の円形パッチによる受容野刺激のコントラストを高・中・低の三段階に固定し、同じ縞方位および空間周波数の受容野周囲刺激のコントラストを可変として、三本のコントラスト-反応関数を求めたが、いずれも周囲刺激のコントラスト増大につれて抑制強度が単調に強まるパタンとなり、V1とLGNの結果に差異が認められなかった。2)受容野周囲刺激の刺激方位チューニング:V1ニューロンでは受容野刺激の方位に明瞭なチューニングが見られるばかりでなく、受容野外刺激による抑制性修飾においても方位チューニングが見られ、多くの場合受容野刺激の最適方位と同じ方位の刺激が受容野外に呈示された場合に最大抑制が生じる。この点についてV1ニューロンとLGNニューロンの性質を比較した。LGNニューロンは受容野刺激に対する応答において方位選択性を示さないが、受容野周囲刺激による抑制性反応修飾は方位チューニングを示し、受容野刺激の方位と同じ方位で最大抑制を生じるものと、むしろ直交関係にある方位で抑制が強まるものが観察された。これらの結果は、視床-皮質間結合がこれまで考えられてきた以上に、皮質の情報処理特性に影響を与えていることを示唆する。