コウモリのエコーロケーションはADHDの理解に役立つかもしれない

夕食を狩る際、オオコウモリは飛び回る昆虫に狙いを定め、衝突しないように周囲の状況を把握しなければならない。今回、科学者らはコウモリが急降下する間に脳内で何が起こっているのかをのぞき見した。彼らは、コウモリが自分の体と物体の位置関係を地図化するのに役立つ脳領域を特定し、コウモリが特定の物体に注意を集中している間、個々の脳細胞が行動を変えることを観察した。4月10日にeLife誌に発表されたこの研究結果は、人間の注意力の問題の特定の側面や、コウモリや動物が移動中にどのように移動するかを理解するのに役立てられるかもしれない。

コウモリは、脳がこの技をどのように使いこなしているかを知るためのよい出発点です。コウモリの反響定位の鳴き声は、コウモリが周囲の状況を把握しながら何に注意を払っているかを正確に明らかにすることができるからです。「コウモリが鳴くたびに、まるで懐中電灯の光線を世界に照射しているかのようです」と、ボルチモアのジョンズ・ホプキンス大学の行動神経科学者で、論文の共著者であるメルビル・ウォルゲムスは言います。コウモリは、特定の物体をもっとよく「見たい」ときに、このソナー光線を調整することができます。より速く鳴くことで、コウモリはより詳細な情報を捉えます。

「何十年もの間、鳥が環境をより良く認識するために発声を変えているのを観察してきましたが、実際に何が起きているのかは神経レベルで示されたことはありませんでした」とウォルゲムート氏は言う。

それを解明するために、彼と彼の同僚は、オオコウモリの中脳の電気活動を記録するための無線装置を埋め込み、天井からプラスチックの容器がぶら下がっている部屋の中をコウモリが飛び回るようにした。コウモリがこれらの障害物の周りを飛び回ると、科学者たちは動物の飛行経路と頭を向けた場所を追跡するためにそれらをビデオに録画した。研究チームはコウモリの反響定位の鳴き声も記録した。

研究者たちは、こうした情報をすべてまとめることで、コウモリが障害物に気づいたときにどの脳細胞が活性化したかを突き止めることができた。コウモリが動き回るときに、上丘と呼ばれる領域がこれらの物体が三次元空間のどこに位置しているかをコード化していることがわかった。

この脳領域は、すべての脊椎動物に存在します。これまで、科学者たちは、かさばる脳記録装置に制限され、コンピューター画面上の点の動きを見るなど、不自然な2次元の作業を行っている静止した動物の脳領域を主に観察してきました。「私たちは、脳が現実世界でどのように機能するかという観点から、この脳領域を観察したかったのです」とウォルゲムートは言います。「動物を自由に飛ばし、脳からワイヤレスで記録するというのは、ごく最近のことです。」

この脳領域の異なるニューロンは、動物の周囲の空間の異なる部分に調整されていることが判明しました。したがって、コウモリが飛び回っている場合、コウモリが左側の 20 フィート離れた、コウモリと同じ高さの木の枝に近づくと、特定のニューロンが発火する可能性があります。コウモリのソナー信号が下をうろつく鹿や正面の街灯に反射すると、他のニューロンがより活発になる場合があります。

コウモリが特定の物体を調べるとき、個々のニューロンは異なる行動を取り始める。コウモリが鳴く速度が速くなると、各ニューロンの発火を促す空間領域が縮小する。「コウモリが物体に注意を向けると、その物体の脳内での表現が鮮明になる」とウォルゲムート氏は言う。言い換えれば、コウモリは鳴いている物体の位置をより正確に頭の中でイメージできるのだ。人間の場合も、物体をよく見るために視線を集中すると、同様のことが起こるかもしれない。

科学者たちは、上丘は動物がそこで集めた感覚入力に反応するのにも役立っていると考えている。コウモリは上丘のおかげで木にぶつからないように飛行経路を変えたり、より多くの情報を得るために立て続けにキーキー鳴いたりするかもしれない。今後、ウォルゲムート氏と同僚たちはコウモリが飛び回っているときに上丘の運動ニューロンがどのように動作するかを調べたいと考えている。

注意力に問題のある人の場合、上丘が正常に機能していないのではないかと研究者らは考えている。おそらく、そのせいで感覚入力によって気が散りやすくなるのかもしれない。動物が注意を払おうとしているときにこの脳領域の活動がどのように変化するかを理解すれば、ADHD 患者の場合、これらのプロセスにどのような欠陥があるかを特定するのに役立つかもしれないとウォルゲムート氏は言う。