【神経科学トピックス】
ヒト脳において空間情報と形態情報の統合に関わる情報伝達経路を同定

【神経科学トピックス】

ヒト脳において空間情報と形態情報の統合に関わる情報伝達経路を同定

情報通信研究機構 脳情報通信融合研究センター(CiNet)
日本学術振興会特別研究員(SPD)  竹村 浩昌

 私達ヒトの視覚系は、色や形、奥行きや動きなどの多様な視覚情報を環境から取り入れています。これまでヒトを対象とした視覚研究では、背側の視覚野が動きや奥行きといった空間情報の認識や眼球運動に関わること、腹側の視覚野が色や物体、顔や文字の認識といった形態情報処理に関わることが知られてきました。一方で、日常生活におけるヒトの視覚処理を理解する上では、空間情報と形態情報がどのように統合されているかを理解することが重要です。それでは、背側視覚野と腹側視覚野はどのように情報伝達を行なっているのでしょうか?これまでの多くの研究では、灰白質と呼ばれるニューロンの細胞体が存在する領域における脳活動と視覚処理との関係が調べられてきました。一方で、ヒトをはじめとする霊長類の脳では白質と呼ばれる長距離の軸索から構成される領域が発達しており、領域間の情報伝達を担っていると考えられます。近年、拡散強調MRI(dMRI)と呼ばれる計測法の発展により、ヒトの白質に存在する線維束を同定することが可能となりました。この手法を用いることで、背側視覚野と腹側視覚野の情報伝達に関わる経路を同定することが期待できます。
 そこで本研究では、健常成人を対象としたfMRIおよびdMRI実験を実施することで、背側・腹側の視覚野がどのように連絡しているかを同定しました。まず視覚刺激提示中の脳活動をfMRIにより計測することで、ヒト視覚野における各領域を同定しました。これに加え、同一実験参加者を対象にdMRI計測(空間解像度:1.5 mm)を行い、白質線維束の同定を行ないました。結果、Vertical Occipital Fasciculus (VOF)と呼ばれる線維束を同定することに成功しました。この線維束の存在は死後脳研究において知られていましたが、初期視覚野における機能的領域との関連は知られていませんでした。本研究では、fMRIによって同定された領域とVOFの投射領域との関連を同一実験参加者において比較しました。その結果、VOFはV3A/B野などの背側領域と、hV4野をはじめとする腹側領域を結合していることが明らかになりました(図)。加えて、この解析結果の妥当性をLinear Fascicle Evaluation (LiFE; Pestilli et al., 2014)と呼ばれる解析法によって統計学的に実証しました。これまでの知見では、ヒトV3A/B野は動きや奥行きといった空間情報の処理に関わること、hV4野をはじめとする腹側領域は色や形態情報の処理に関わっていることが知られています。今回の知見により、ヒトの視覚処理において空間情報と形態情報が統合されるメカニズムの解剖学的基盤が解明されたと考えられ、今後は発達・疾患・行動など様々な側面からこの白質経路の機能や特性が研究されることが期待されます。

A Major Human White Matter Pathway Between Dorsal and Ventral Visual Cortex.
Hiromasa Takemura, Ariel Rokem, Jonathan Winawer, Jason D Yeatman, Brian A Wandell, Franco Pestilli. Cerebral Cortex (2015) [Epub Ahead of Print] doi: 10.1093/cercor/bhv064

<図の説明>
(左)ヒト視覚皮質における脳領域は、背側の領域と腹側の領域に大別され、背側視覚野は空間情報処理に、腹側視覚野は形態情報処理に関わると言われている。(右)dMRIを用いてVertical Occipital Fasciculus (VOF)を同定し、その投射領域を解析した結果、VOFが動きや奥行き情報処理に関わるV3A/B野などに投射していることが明らかになった。

<研究者の声>
この研究は、私が3年間ポスドク研究員として在籍したStanford大学Wandell研究室で行なったものです。私は東京大学での大学院在籍時は心理物理学を専門としていましたが、Stanford大学ではdMRI法を用いた全く新しいプロジェクトを行なうことになりました。不慣れな実験系であったこともあり、最初はなかなか結果が出ませんでしたが、指導教員のWandell教授、ラボメートのFranco Pestilli助教(現・インディアナ大准教授)および共同研究者の皆様からの粘り強い指導もあり、3年間のポスドク期間の最後にようやく出版する事ができました。この研究で身につけたことを糧に、今後は日本国内で良い研究を続けて行きたいと考えています。

<略歴>
2012年東京大学大学院総合文化研究科(村上郁也研究室)博士課程修了、博士(学術)。その後、Stanford大学Postdoctoral Fellowをへて、2015年4月より日本学術振興会SPDとして情報通信研究機構脳情報通信融合研究センター(CiNet)に着任。