眼は脳に何を伝えるか ― 網膜からの暗号情報を脳が解読する仕組みを解明

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2025-12-17 国立遺伝学研究所

私たちが物を見るとき、網膜は光刺激を神経発火として暗号化し、脳へと送っているが、その暗号を脳がどのように解読しているかは十分に分かっていなかった。本研究ではマウスを用い、生存に重要な「明るさの変化」と「動き」という2種類の視覚情報に着目し、相互情報量解析によって網膜と中脳上丘の神経活動を比較した。その結果、網膜ではこれらの視覚情報が互いに予測可能な形で結びつき、効率的にパッキングされて伝送されていることが明らかになった。一方、中脳上丘ではその冗長性が解消され、視覚特徴が再編成されていた。これは中脳上丘が単なる中継点ではなく、網膜暗号を解読し、視覚応答の多様性と精度を高める役割を担うことを示す。本成果は、注意や危険検知などの脳機能理解に加え、神経情報処理の異常が関与する精神・神経疾患の解明にも貢献すると期待される。

眼は脳に何を伝えるか ― 網膜からの暗号情報を脳が解読する仕組みを解明
(左)視覚経験が形成される視覚情報処理経路。視覚情報は網膜において検出、暗号化され、上丘へ伝送される。(右)網膜では、「明るさ変化(情報X)」と「動き(情報Y)」の2種類の視覚情報を表現する神経活動の相互情報量が高い。上丘では、網膜暗号の重複性が解消される。

<関連情報>

網膜丘路における視覚特徴選択性の分離 Decoupling of visual feature selectivity in the retinocollicular pathway

Ole S. Schwartz ∙ Akihiro Matsumoto ∙ Haruka Yamamoto ∙ Keisuke Yonehara
Current Biology  Published:December 16, 2025
DOI:https://doi.org/10.1016/j.cub.2025.11.050

Highlights

  • Information analysis evaluated “couplings” between visual response features
  • The retina, a visual sensory organ, shows coupled luminance and motion responses
  • The retinorecipient superior colliculus shows decoupled luminance and motion responses
  • Feature selectivity decoupling reduces cluster separability in collicular neurons

Summary

The retina is composed of discrete functional cell types that are also characterized by distinct morphology and gene expression. It remains, however, unclear whether similar discrete functional cell types exist in the visual regions downstream of the retina. Here, we used two-photon calcium imaging to investigate the response-space structure in the retina and in the superficial layers of the mouse superior colliculus (SC), a major retinorecipient area. We found that although retinal ganglion cells showed a clear dependence between responses to luminance and motion, responses to the two stimuli exhibited weaker couplings in collicular neurons. Because of this decoupling, functional clustering based on responses to both luminance and motion had significantly reduced separability compared with clustering based on responses to either. Our work suggests that the SC is not simply a relay station for retinal inputs but rather generates novel feature selectivity that diversifies cellular responses, perhaps through nonlinear neural processes involving the decoupling and recoupling of retinal ganglion cells’ feature selectivity.

医療・健康
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