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キイロショウジョウバエの嗅覚神経系では、一次嗅覚中枢 antennal lobe (AL) に表現された匂い情報は、高次の脳領域である lateral horn (LH) と mushroom body (MB) へ伝えられ、各領域が与る匂い情報処理に適した脳内表現に変換される。本研究では、これら高次領域のうち、匂いの連合学習に関わる MB において、カルシウムイメージングを用いた匂いの脳内表現の包括的解析を行った。この結果を AL における脳内表現と比較することで、匂いの脳内表現が脳の中枢間でどのように変換され、それが、匂いの知覚にどのように貢献するのかを明らかにした。さらに、AL から MB への匂いの情報変換をコンピュータ上でシミュレーションすることで、情報処理の回路機構についての知見を得た。
AL では複数の神経細胞にまたがって密に表現されていた様々な匂い情報が、MB では、それぞれ異なる特徴的な匂い情報に分離して表現されていた。これは、MB の個々の神経細胞が AL に表現された匂い情報の一部をランダムにサンプリングし、さらに、共通の特徴をもつ複数の入力を受けて初めて活動電位を発することによると考えられる。
また、MB における匂い情報の特徴抽出は、個々の匂い情報を選り分けて弁別能を高めるだけでなく、特定の匂いカテゴリの弁別にも寄与することが分った。 例えば、MB では、匂いの混合物の脳内表現は、混合比率によらず比較的一定であり、その構成分子の脳内表現とは大きく異なっていた。つまり、混合物の特徴を抽出することで、混合物を、その構成分子ではなく、単一の匂いカテゴリとして知覚しうることが示された。また、MB では、異なる匂いが AL と比べてより広い濃度範囲において、互いに分離して表現されていた。つまり、濃度によらない匂いのカテゴリを知覚しうることが示された。
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