この「警報ホットライン」のおかげで、シュシュは「逃げることが最善の戦略」になることができた。

制作：中国科学普及協会

著者: 王飛 (神経科学博士)

プロデューサー: 中国科学博覧会

ネズミシリーズの動画が主要な短編動画プラットフォームで人気を博すにつれ、すべてのネズミがすべての人に嫌われているわけではないことがわかってきました。ネズミは人類の科学を新たなレベルに引き上げるのに役立ちます。チンチラやモルモットなどのネズミは、人間の「主賓」になることさえあり、愛すべきペットに変身し、「糞掃除屋」に餌を与えられるのを待つ。

伝統的な印象では、げっ歯類の中には、その破壊力と食べ物を盗む性質のために、人間に軽蔑され追い払われるものもいる。しかし、ネズミは回避や逃走が非常に速く、「逃走の達人」と呼べるほどであることが分かっています。天敵に遭遇すると、動かずにいる「死んだふり戦略」、つまり硬直した防御行動で「命を守る」という、見事な「演技力」をとっています。

ほとんどの場合、人間はこの「脱出の達人」を直接捕まえることはできず、ネズミを捕まえる道具を使う必要があります。では、なぜネズミはそんなに素早く反応したのでしょうか?彼らの機敏で柔軟な脱出の秘密は何でしょうか?

ネズミは猫を見るとすぐに逃げた

(画像出典: AmazinglyTimedPhotos.com)

ネズミ - 自然の脱出の達人

ネズミが危険に対して非常に素早く反応することはよく知られた事実です。猫がネズミを捕まえる時も、人間がネズミを追いかける時も、ネズミが逃げる姿しか見えず、何色なのかも分からないことが多いです。さらに、逃走時には非常に機敏で、瞬時に方向転換、登り、ジャンプ、飛び跳ねることができるため、ネズミや一部の大型動物よりも動きの柔軟性において自然な優位性を持っています。

さらに重要なのは、ネズミは特に警戒心が強く、逃げる前に危険の存在を予測できる特殊な構造を脳内に持っていることです。ネズミは、危険の接近を素早く察知し、逃げる、速い経路で固まるなどの防御行動を開始できるため、「脱出の天才」と呼ばれています。

研究によると、マウスが危険情報を検知するのにかかる時間はわずか0.05秒で、この情報はすぐに脳に伝達され、行動を生み出すことがわかっています。

キツネがグラウンドホッグを驚かせる

（写真提供：2019年野生動物写真家オブ・ザ・イヤー・コンテスト優勝者、バオ・ヨンチン）

「アラームライン」 - 捕食者を検知し、危険信号を送信します

マウスの網膜には特別な「警報線」があり、マウスはこれによって危険情報を素早く感知することができます。この「警報線」は網膜のアルファ神経節細胞です。近づいてくる捕食者を感知し、脳に電気信号を送ります。危険が迫っています!

それで、研究者たちはどのようにしてこれらの特殊なニューロンを発見したのでしょうか?科学的発見の第一歩は推測することです。

研究者らは、マウスの網膜にあるさまざまな神経節細胞を分析・比較した結果、アルファ神経節細胞が他の細胞とは比べものにならないほど優れたシグナル伝達能力を持っていることを発見した。視覚信号をできるだけ早く脳に送ることができます。このため、このセルは当然この警報ラインの第一選択肢となりました。

網膜のさまざまな種類の神経節細胞

(画像出典: Volgi et al.、2009)

研究者たちはすでにこのタイプの細胞について推測していましたが、それは網膜全体に散在しています。研究者は毎回ランダムに細胞を 1 つしか取得できず、次の細胞に遭遇できるかどうかは完全に運次第です。

徹底的な遺伝子研究のおかげで、研究者たちはアルファ細胞で特異的に発現する遺伝子を発見した。その後、研究者らは、細胞を光らせて群衆の中で目立たせることができる遺伝子組み換えマウスを作成した。さらに、特別な方法を使用してこの細胞群を制御し、このタイプの細胞の機能が何であるかをさらに証明することもできます。

蛍光標識された網膜α神経節細胞からの記録

（画像出典：Fei Wang et al. 2021、Current Biology）

それで、研究者たちはどのようにしてアルファ細胞が脳に危険情報を伝える細胞であることを証明したのでしょうか?

まず、研究者たちはこれらの細胞を沈黙させ、マウスの目の他の細胞が正常に機能できるようにした。ネズミたちは近づいてくる捕食者を恐れなくなり、歩き回り続けるようになった。

研究者らは細胞を活性化し、脳に誤った警報信号を送るようにした。この時点で、近づいてくる捕食者はいなかったにもかかわらず、ネズミは実際に逃げ始め、恐怖を感じているようでした。

網膜のアルファ細胞を操作してマウスの恐怖行動を制御する

（画像出典：Fei Wang et al. 2021、Current Biology）

アルファ細胞が脳に危険情報を伝える細胞であることが確認されましたが、問題はアルファ細胞がどのようにして危険な刺激を認識するのかということです。

危険を察知する「警報ホットライン」の「縁の下の力持ち」--その特殊な構造上の利点

実際、猫が飛びかかってきても、フクロウが空から飛んできても、ネズミが見るのは近づいてくる暗い影だけです。研究者たちは、マウスに徐々に大きくなる黒い円を見せるだけで、逃走反応や固まり反応が引き起こされることを発見した。

アルファ細胞は、この近づいてくる影の刺激を感知できるのです。研究者たちは、アルファ細胞を記録し、近づいてくる影の刺激を与えたところ、アルファ細胞が近づいてくる影に反応し、反応の強さは近づいてくる視覚刺激の大きさに合わせて調整できることを発見した。言い換えれば、マウスはアルファ細胞を通じて捕食者の距離を判断することができたのです。

アルファ細胞の樹状突起（信号を受信する構造）は、宇宙に面したレーダーのようなもので、長いアンテナが広い網を形成しています。網膜全体には何千もの細胞があり、視野のあらゆる点がカバーされるように互いに重なり合っています。これらの細胞には太い軸索（信号を伝達する構造）もあり、電気ケーブルのように信号を伝達することができます。この「ケーブル」の特別な点は、絶縁コーティングで包まれているため、他の細胞よりも速く脳に信号を伝達できることです。

マウスの網膜のアルファ細胞

（画像提供：中国科学院神経科学研究所張一鋒研究室）

アルファ細胞は近づいてくる影の刺激を感知すると、脳に電気信号を送ります。この電気信号は、マウスの大脳皮質を通過せずに、防御行動を司る脳領域に直接入ることができます。それは網膜から皮質下経路までの高速道路であり、危険を直接行動に変換します。

この高速道路は網膜から始まり、脳内の「上丘」と呼ばれる場所に危険信号を送り、その後「2つのルートに分岐」します。 1 つの経路は、動きを命令し、防御行動を開始する脳領域に向かいます。もう一つの経路は、恐怖を司る脳の領域である扁桃体（アーモンドのような形）に到達し、マウスに恐怖を感じさせます。

このように、危険な情報は、まず大脳皮質（思考意識が生成される場所）で処理され、その後、運動関連の脳領域を通じて行動を出力する必要はありません。情報伝達経路も大幅に短縮されます。この時点で、動物は考えずに行動することができ、「潜在意識」で反応します。

このような専用の警報ラインと迅速な対応システムは、動物が捕食動物による奇襲を素早く回避するのに役立ちます。

マウスの脳内で暗い影の刺激を近似する視覚経路

（画像出典：Julieta E. Lischinsky および Dayu Lin、2019 年、Trends in Neurosciences）

従来の視覚を超える「アラームライン」

脳の視覚系は、私たちが世界をはっきりと見ることができる回路を提供します。しかし、視覚系には、概日リズムの感知、感情の調整、本能的な行動の開始など、より保守的な機能があることはあまり知られていません。

マウスの網膜にあるこの「警報線」は、視覚システムが本能的な防御行動を誘発する例です。この研究は、視覚システムがどのように機能するかについての理解を深めるものです。

これを見て、視覚システムが警報機能を提供するために使用する情報符号化戦略と、従来の視覚知覚における符号化戦略との間に何か違いがあるのだろうかと疑問に思う人もいるかもしれません。

一般的に言えば、組み合わせ符号化は伝統的な視覚認識の符号化方法であり、脳に明確で完全な画像を提供することができます。ただし、この方法には、応答時間が遅い、情報処理が冗長になるなどの欠点があります。視覚システムに別の高速エンコード方式があるかどうかはまだ不明です。この「警報線」は、迅速なエンコード方式を使用して、特定の重要な情報を脳に素早く送信し、行動を誘発する可能性があります。

視覚経路の画像化およびその他の機能

（画像出典：シルビア・E・ブラスラフスキー、2020年）

結論

生物界におけるこの迅速な反応メカニズムは、人間社会にもインスピレーションをもたらします。特定の危険刺激に対しては、広範な情報入力だけでなく、迅速な意思決定のための特別な専用回線も必要です。これは、軍の指導者が日々のニュースを通じて敵の情報を得ることができず、軍が最前線に特別な偵察システムを設置しなければならないようなものです。

これは主に、膨大な量の情報によってさまざまな冗長な情報が私たちを圧倒し、重要なコンテンツを無視してしまう可能性があるためです。警報電話番号を保持することによってのみ、危険な刺激を具体的に検出し、他の無用な情報を混同することなく、関連情報を関連部門に直接送信することができます。

マウスの脳内のこの「警報線」を研究することで、人生で遭遇する一連の問題に対する答えを見つけることもできます。たとえば、現実世界では、無人運転車には本当に LiDAR が必要でしょうか?車にカメラを数台追加するだけで十分でしょうか?

無人運転車の自動検知機能

(画像提供: バーナード・マー)

研究を通じて、私たちは答えを得ることができます。将来の自動車では、さまざまな情報を収集するためのカメラだけでなく、ドライバーと自動車の安全性を最大限に高めるために、危険な情報を報告するための専用のLIDARチャネルも確保する必要があります。

編集者: Ying Yike