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脳は感覚入力を自然界の特徴に沿った形で解釈する。神経回路は現在の情報を 読み取るだけでなく、その情報を元に回路をチューニングし、将来の入力をより 正しく解釈する様に変化する。この特性は脳の発達や損傷からの回復の過程で働 くだけでなく、人工網膜などの人工感覚器からの入力を元に、外界を正しく認識 できる様になるためにも重要になると予想される。 　自然界では「物体は瞬間移動しない」あるいは「光は上から注がれる」などの 法則があり、そこから得られる感覚入力はこれらのルールに従っている。この様 な自然界の特徴と神経細胞自体の性質により、自然環境からの刺激は神経細胞に 特徴的な活動パターンを誘導する。この活動パターンは、脳内での情報表現・処 理だけでなく、回路の調整にも関わると考えられる。しかし外界に関する基本的 な情報がどの様なルールで活動パターンに変換されて伝達され、その後どの様に 情報が抽出されるかについては良く分かっていない。 　感覚神経の脳内での投射位置は、その神経が伝達する情報を反映している。さ らにその投射位置は過去の入力に応じて変化する事が知られている。そこで、視 神経の活動パターンを操作し、視覚マップにおける投射位置をリードアウトとし て用い、情報伝達機能を持つ活動パターンの同定を試みた。実験系には、優れた 再生能力を持ち、モデルシステムの中で最も高い可塑性を持つと言われる Xenopus幼生の視覚マップを用いた。視覚マップを外界に合った形にチューニン グするには、それぞれの視神経がどこの空間を見ているかに関する情報を神経活 動から得る必要がある。今回、その空間情報が視神経が発火する順番から抽出さ れている事が分かった。この事は学習的な視覚マップ形成において、空間の順序 は時間の順序で表現されている事を示している。同時に、視神経の投射先は、 各々の視神経が発火する順番を操作する事で制御できる事も分かった。

To generate an accurate visual perception of our surroundings, animals must “tune” neural connections from the retina to the brain in order to compensate for various noise, such as optical errors in eyes, natural variance in neural structures, and developmental disorders. A prime target for the tuning process is retinotopy, the projection of axons from the retina to the brain. While retinotopy is initially mapped by molecular cues, the projection pattern of axons can be further tuned through visual experience. By imaging retinal axon projection while exposing Xenopus tadpoles to various visual stimuli, I show that this tuning mechanism exploits relationships between the spatial order in the vision and the temporal order of input in the optic flow generated by the animal’s forward-directed locomotion. The predominant anterior to posterior optic flow activates retinal ganglion cells in a stereotyped sequence. This temporal sequence driven by natural optic flow refined retinotopy by regulating axon arbor branch dynamics, whereas the opposite sequence of retinal activity prevented map refinement. Our study shows that sensory projection strategy takes advantage of the intrinsic bias in the way that animal receives information of its surroundings. This organizational principle likely applies to other sensory modalities and projections in the brain.