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輻輳開散運動 (ソースを閲覧)

2021年7月23日 (金) 21:32時点における版

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同義語： Disconjugate eye movement, Convergence & Divergence  
同義語： Disconjugate eye movement, Convergence & Divergence  


{{box|text=
{{box|text=　観察者から異なる距離にある対象物の間で視線を移す場合に、両眼が反対方向 に動く眼球運動である。両眼からの網膜像を一つの視覚像として見るために働 く。遠くから近くに視線を移す時に起こる輻輳運動では、左眼が右、右眼が左に 動き、近くから遠くに視線を移す時に起こる開散運動では、左眼が左、右眼が右 に動く。眼前の広視野パターンの視差の変化で起こる短潜時の輻輳開散運動の発 現には、大脳皮質MT/MST野の両眼視差選択性ニューロンが関わると考えられている。}}
　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。[[後頭]]・[[頭頂連合野]]の[[大脳皮質]][[MST野]](medial superior temporal area)の両眼視差選択性ニューロン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。
}}


== 輻輳開散運動とは  ==
== 輻輳開散運動とは  ==
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[[Image:VergenceFig1.jpg|thumb|250px|'''図1．輻輳開散運動の例'''<br>木を見ているとき、「木より近いもの」に視線を移すときは輻輳運動が生じる。一方、「木より遠いもの」を見るときは開散運動が生じる。]]  
[[Image:VergenceFig1.jpg|thumb|250px|'''図1．輻輳開散運動の例'''<br>木を見ているとき、「木より近いもの」に視線を移すときは輻輳運動が生じる。一方、「木より遠いもの」を見るときは開散運動が生じる。]]  


　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き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眼球運動が生じ、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)。
　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き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）[[wj: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眼球運動が生じ、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)。


== 輻輳開散運動を誘発する刺激要因  ==
== 輻輳開散運動を誘発する刺激要因  ==
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　1）～4）は奥行き視覚の手がかりで生じるが、5）は暗闇において視覚の手がかりがないときに生じる<ref>''' Owens DA and Leibowitz HW '''<br> Perceptual and motor consequences of tonic vergence.<br>'' In Schor CM, Ciuffreda KJ, editors. Vergence Eye Movements: Basic and Clinical Aspects. Boston: Butterworths '':1983; p.25-74</ref>。
　1）～4）は奥行き視覚の手がかりで生じるが、5）は暗闇において視覚の手がかりがないときに生じる<ref>''' Owens DA and Leibowitz HW '''<br> Perceptual and motor consequences of tonic vergence.<br>'' In Schor CM, Ciuffreda KJ, editors. Vergence Eye Movements: Basic and Clinical Aspects. Boston: Butterworths '':1983; p.25-74</ref>。


　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、注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）は視差やレンズ調節などの手がかりなしに、意識的に生じる眼球運動である。遠近法を用いて描かれた絵画などを見たときに一過性に生じ、その誘発要因は画法によって表現された奥行き手がかりによる「より近い」・「より遠い」という印象である<ref><pubmed> 3445485 </pubmed></ref><ref><pubmed> 2703318 </pubmed></ref>。[[ステレオグラム]]を見るときに生じる眼球運動も含む。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。  
　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、注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）は視差やレンズ調節などの手がかりなしに、意識的に生じる眼球運動である。遠近法を用いて描かれた絵画などを見たときに一過性に生じ、その誘発要因は画法によって表現された奥行き手がかりによる「より近い」・「より遠い」という印象である<ref><pubmed> 3445485 </pubmed></ref><ref><pubmed> 2703318 </pubmed></ref>。[[ステレオグラム]]を見るときに生じる眼球運動も含む。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、[[wj: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突然変化させる。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<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。
　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[[wj: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突然変化させる。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<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。


　1996年、Busettiniらが、視野全体の水平方向の視差を突然、変化させると、これまでの報告よりも100ミリ秒も短い潜時60ミリ秒の輻輳開散運動が生じることを示した<ref name="ref7"><pubmed> 8727386 </pubmed></ref>。Busettiniらが報告した短潜時の輻輳開散運動は、[[wikipedia:ja:サル|サル]]の眼の前に視野全体に広がるランダムドット像を呈示し、両眼に見えている像の位置をそれぞれ反対方向へ突然変化させ視差を与えることで誘発される。それまでの研究対象とされてきた点から点への輻輳開散運動よりも100ミリ秒も潜時が短い輻輳開散運動(潜時60ミリ秒)が観察された理由は、視差が視野全体に存在するため、通常の視点の移動に伴う眼球運動より潜時が短くなったと考えられる。
　1996年、Busettiniらが、視野全体の水平方向の視差を突然、変化させると、これまでの報告よりも100ミリ秒も短い潜時60ミリ秒の輻輳開散運動が生じることを示した<ref name="ref7"><pubmed> 8727386 </pubmed></ref>。Busettiniらが報告した短潜時の輻輳開散運動は、[[wj:サル|サル]]の眼の前に視野全体に広がるランダムドット像を呈示し、両眼に見えている像の位置をそれぞれ反対方向へ突然変化させ視差を与えることで誘発される。それまでの研究対象とされてきた点から点への輻輳開散運動よりも100ミリ秒も潜時が短い輻輳開散運動(潜時60ミリ秒)が観察された理由は、視差が視野全体に存在するため、通常の視点の移動に伴う眼球運動より潜時が短くなったと考えられる。


　次に放射状パターンによって誘発される輻輳開散運動であるが、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2B、オプティック・フロー）によって短潜時で誘発される。視野全体に広がるランダムドット像を突然切り替えること（two-frame movie）でこのオプティック・フローをシミュレートした結果、その他の奥行き手がかり（ドットの大きさの変化や視差など）を与えなくても、拡散する視覚パターン（前進時に正面で生じる視野の流れ）を与えるだけで輻輳運動が、その反対の収縮する視覚パターンでは開散運動が短潜時で誘発されることがわかった（ヒト：80ミリ秒<ref><pubmed> 9394000 </pubmed></ref> 1997; サル：60ミリ秒<ref><pubmed> 9858026 </pubmed></ref>）。最も効果的な拡散・収縮パターンは±2％であり、ヒトとサルで同様の傾向が観察された。
　次に放射状パターンによって誘発される輻輳開散運動であるが、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2B、オプティック・フロー）によって短潜時で誘発される。視野全体に広がるランダムドット像を突然切り替えること（two-frame movie）でこのオプティック・フローをシミュレートした結果、その他の奥行き手がかり（ドットの大きさの変化や視差など）を与えなくても、拡散する視覚パターン（前進時に正面で生じる視野の流れ）を与えるだけで輻輳運動が、その反対の収縮する視覚パターンでは開散運動が短潜時で誘発されることがわかった（ヒト：80ミリ秒<ref><pubmed> 9394000 </pubmed></ref> 1997; サル：60ミリ秒<ref><pubmed> 9858026 </pubmed></ref>）。最も効果的な拡散・収縮パターンは±2％であり、ヒトとサルで同様の傾向が観察された。
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== 神経機構  ==
== 神経機構  ==


　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MST野が関与している<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。
　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MST野が関与している<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[[wj: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/V3A]], [[MT]](Middle Temporal)野, MST野を含む上側頭溝（STS: Superior Temporal Sulcus）壁, [[IT]](Inferior Temporal)野, [[CIP]](Caudal Intra Parietal)野, [[AIP]](Anterior Intra Parietal)野から、視差感受性ニューロンは記録されているが<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視差性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野のニューロンを破壊したところ、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、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野が重要であると考えられる。
　これまでにも、サル大脳皮質の[[V1]]、[[V2]]、[[V3/V3A]], [[MT]](Middle Temporal)野, MST野を含む上側頭溝（STS: Superior Temporal Sulcus）壁, [[IT]](Inferior Temporal)野, [[CIP]](Caudal Intra Parietal)野, [[AIP]](Anterior Intra Parietal)野から、視差感受性ニューロンは記録されているが<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視差性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野のニューロンを破壊したところ、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、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野が重要であると考えられる。
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