「輻輳開散運動」の版間の差分

DOI XXXX/XXXX　原稿受付日：2013年2月13日　原稿完成日：2013年月日<br>

　観察者から異なる距離にあるものに[[眼]]を向ける場合に、両眼が違う方向に動く[[眼球運動]]である。視差に感受性のある[[神経細胞]]が[[第一次視覚野]]をはじめとした[[初期視覚野]]と[[後頭]]・[[頭頂連合野]]の[[大脳皮質]][[MST野]](medial superior temporal area)に存在する。ニューロン活動記録実験と局所破壊実験により大脳皮質MST野が短潜時の輻輳開散運動の発現に関わると考えられている。

　輻輳開散運動は、見ている物体の奥行き方向の変化に対応して、対象物を両眼単一視するために機能する眼球運動である。両眼の[[網膜]]像を融合させるように奥行の異なる物体に両眼を揃える輻輳開散運動は、進化的に新しい眼球運動で、（おもに）[[wikipedia:ja:霊長類|霊長類]]など両眼が頭部の前方に位置し、[[中心窩]]が発達している動物に見られる<ref>''' Moses RA '''<br>Binocular vision <br>'' Adler’s Physiology of the eye. Clinical application. Saint Louis: The C. V. Mosby Company '':1970; p.653-688</ref>。図1に示すように、ある奥行きにある対象物を見るには、もっとも解像度の高い中心窩でその像を捉えるために、両眼が対象物上に揃う。すると両眼の視軸の角度（[[輻輳角]]）が決まる。輻輳角は奥行きによって変化し、近くにある対象物を見るときには大きく、遠くにある対象物を見るときには小さくなる。輻輳開散運動は、この輻輳角を変化させる。異なる奥行きにある対象物へ視線を移すときには、両眼を同時に反対方向へと動かす非共同性眼球運動（disconjugate eye movement）が生じ、遠方から近くを見るには輻輳運動（convergence）、反対に近くから遠方を見るには開散運動（divergence）が起こる(図1)。  

　奥行きの手がかりで生じる輻輳開散運動のうち、1）を誘発するのはレンズの調節状態の変化（accommodation）であり、潜時150～200ミリ秒の比較的ゆっくりとした応答である。2）を誘発する両眼視差は、両眼の網膜像のわずかな位置のずれ（図2上、[[視差]]、[[disparity]]）であり、視点より近くにある視覚刺激は交差視差を、一方、より遠くにあるものは非交差視差を生じさせる。3）を誘発するのは、自動車などを運転しているときに経験する視野全体に広がる放射状の視覚パターン（図2下、オプティック・フロー）である。4）は遠近法を用いて描かれた絵画を見たときに一過性に生じ、誘発要因は画法によって表現された奥行き手がかりである<ref><pubmed> 3445485 </pubmed></ref><ref><pubmed> 2703318 </pubmed></ref>。5）は暗闇において誘発される、ある一定の輻輳角を維持する眼の動きである<ref><pubmed> 8265176 </pubmed></ref>。暗闇で視覚の手がかりがなくとも両眼の視軸は開散しきるのではなく、[[wikipedia:ja:外眼筋|外眼筋]]神経の一定の活動が反映されて生じていると考えられている。  

　これまで実験的によく研究されてきたのは、両眼視差の情報だけを与えて引き起こした輻輳開散運動である。両眼視差とそれによって誘発される輻輳開散運動の関係については、RashbassとWestheimerの[[wikipedia:ja:ヒト|ヒト]]を対象とした古典的な研究がある<ref name="ref6"><pubmed> 14490420 </pubmed></ref>。この実験では、視覚刺激として小さなスポット（0.1°程度）を用い、両眼視差をステップ状に位置を突然変化させて与えている。両眼視差が与えられると、約160ミリ秒で輻輳開散運動が起こり、両眼視差の変化が小さい時（±1度）は、与えた視差の大きさと輻輳開散運動の速度が、線形の関係にあることが知られている<ref name="ref6" />。輻輳開散運動の眼球速度は動き始めて200ミリ秒の間にピークを迎え、その後徐々に低下し、約1秒で完了する。その最高速度は与えられた視差の大きさによって異なる。また、輻輳開散運動の速度は、その方向によっても違いがあり、開散運動よりも輻輳運動の方が速い。

　広い視野の両眼視差によって誘発される短潜時の輻輳開散運動の発現に[[高次視覚野]]が関与している点については、2001年にTakemuraらが報告している<ref><pubmed> 11353039 </pubmed></ref>。視差によって輻輳開散運動を誘発したときにサルの後頭・頭頂連合野の一部であるMST野でニューロン活動を記録すると、約20%のニューロンが視差に感受性をもち、その多くが輻輳開散運動に先行して発火した。一個体で記録されたすべてのニューロン活動の時間パターンを単に[[wikipedia:ja:加算平均|加算平均]]しただけで、その個体の輻輳開散運動の眼球速度を近似することができた。また、これらMST野の視差感受性ニューロンについてさまざまな大きさの視差を与えたときのチューニングカーブを描くと、交差視差により興奮する近位細胞、非交差視差により興奮する遠位細胞、両眼視差がゼロのとき最小の応答を示す抑制型同調細胞があった。与えた視差（入力）と誘発される輻輳開散運動（出力）の間には個体ごとに極めて特徴的な関係があるが、MST野の視差感受性ニューロンのチューニングカーブを足し合わせると、視差に対する眼球運動の特徴的なカーブとほぼ一致したカーブがそれぞれの個体で得られた。これらの2つの結果は、そのとき誘発された輻輳開散運動が、MST野の1つ1つのニューロン活動では説明できないが、MST野で記録されたすべてのニューロン活動を統合することで眼球運動情報をコードできたことを示している。

　これまでにも、サル大脳皮質の[[V1]]、[[V2]]、[[V3]], [[MT]](Middle Temporal)野, MST野から、視差感受性ニューロンは記録されていたが<ref><pubmed> 3199191 </pubmed></ref><ref><pubmed> 6864243 </pubmed></ref><ref><pubmed> 1613542 </pubmed></ref>、この研究によって眼球運動制御の観点から、MST野が領域全体として輻輳開散運動を誘発するのに必要な運動情報をコードしており、輻輳開散運動の制御にはMST野の情報全体が使われる（population coding）と考えられている。さらにMST野では、放射状パターンに対しても感受性を持ち、誘発される輻輳開散運動の開始に先行して発火を増加させるニューロンが存在した。このようにMST野のニューロン活動と輻輳開散運動の相関関係を明らかにした後、両側のMST野に[[神経毒]]である[[イボテン酸]]を注入して因果関係について考察した。イボテン酸によってMST野のニューロン活動を不活化したところ、視差によって生じる輻輳開散運動にも、オプティック・フローによって誘発される輻輳開散運動にも、有意な障害が生じた<ref><pubmed> 17234585 </pubmed></ref>。このことから、短潜時の輻輳開散運動の発現には、「両眼視差」、「放射状のオプティック・フロー」のいずれの場合にも、MST野が非常に重要であると考えられる。