視覚での保存された皮質下の処理 | 吉林省パッチケーブルグループ

Nature Communications volume 13、記事番号: 4699 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

視線安定化は、頭や外部環境の動きを補正し、画像のブレを最小限に抑えます。多感覚情報は、前庭眼球反射 (VOR) および視運動学的 (OKR) 反射を介して網膜上の情景を安定させます。 VOR の基礎となる神経回路の組織化は脊椎動物全体でよく説明されていますが、OKR の寄与と進化、および視覚前庭統合を可能にする基本構造についてはあまり知られていません。視覚前庭統合の根底にあるこれらの神経経路を分析するために、ヤツメウナギの目脳迷路調製物を使用したセットアップを開発しました。これにより、電気生理学的記録、移動プラットフォームによる前庭刺激、およびスクリーンを介した視覚刺激の調整が可能になります。ヤツメウナギは、視運動学的情報が前蓋で処理され、蓋から下方制御される可能性があり、強力な視前庭統合を示します。視覚および前庭からの入力は、いくつかの皮質下のレベルで統合されています。さらに、サッカードは眼振の形で存在します。したがって、視線の視覚前庭制御のすべての基本構成要素は、脊椎動物の進化の夜明けにすでに存在していました。

画像を形成する目の出現により、動物は視覚を利用して高度な行動レパートリーを実現できるようになりました。それには、画像の劣化を防ぐために網膜内の世界を安定させる機構が必要でした1。脊椎動物では、視覚の安定化は、並行して進化したと考えられる 2 つの反射によって達成されます 1,2。頭部の動きは、前庭動眼反射 (VOR) を介した前庭信号によって媒介される目の代償性移動を引き起こします。視運動反射 (OKR) では、網膜の視神経の流れが目の筋肉にフィードバックされ、画像を安定させるための代償運動が生成されます。相補的な体性感覚入力も画像の安定化に寄与します 3,4。さらに、必然的な放電により、脳は受動的な頭部の動きと能動的に発生した頭部の動きを区別できるようになります5。 VOR と OKR は連携して動作し、頭の動きによって生成される外乱を補償し、堅牢な眼球運動制御に貢献します。頭の動きの速度が増加すると、前庭の寄与が支配的になります6、7。

視覚運動が視線の安定化に与える影響にもかかわらず、このシステムの寄与は前庭系と比較して最も研究されていません。 OKR の神経基質は、研究された脊椎動物の視蓋前野/補助光学系にあります 8,9 が、広い視野の視覚運動が OKR を生成する神経機構とその進化的起源はよくわかっていません。一方、VOR は脊椎動物の進化の非常に初期に現れ、異なる種特有の構成が存在する可能性はあるものの、適切な代償眼球運動で前庭情報を変換する両シナプス回路はすべての脊椎動物に存在します10。

視線の安定化は原始的な運動指令を表しますが、VOR と OKR の相互作用から生じる寄与に取り組んだ研究はほとんどありません。視覚前庭統合は、VOR/OKR の基本となる皮質下の処理に焦点を当てるのではなく、主に皮質および小脳のレベルで分析されてきました 11。今回我々は、現存する最古の脊椎動物であるヤツメウナギの安定化する眼球運動と、多感覚統合を担う神経経路を分析する。顎口類と比較すると網膜の組織には小さな違いがありますが 12、ヤツメウナギは画像を形成するカメラの目がよく発達しており、目の筋肉と運動核の組織は他の脊椎動物と驚くほど似ています 1,13,14,15。彼らは、VOR16 とよく発達した前庭系を示し、顎口類の対応物と相同であると考えられる 2 つの半規管 (前部と後部) を備えた迷路を特徴としていますが、側方水平管を欠いています 17,18,19。しかし、ヤツメウナギには、ヨー面でも前庭情報を提供する水平管系があり、顎口類の水平管と並行して進化したと考えられます 17,18,19。したがって、ヤツメウナギの迷路は、ロールとピッチの回転を担うのと同じ脳回路アーキテクチャを使用して、ヨー面での代償的な目と体の動きを生成することができます20。ヤツメウナギに視運動性の眼球運動があるかどうかはまだ不明です。それらが視蓋と視覚野の両方に網膜局所表現を持ち、視蓋から眼球運動を正確に制御しているという事実は、視覚が視線の安定化に寄与している可能性があることを示唆しています21、22、23、24、25、26。

代償性の遅い目の動きに加えて、VOR/OKR 応答には眼振ビート、つまり目が眼窩内の範囲の限界に達したときに起こる目の位置の素早いリセットが特徴です。これらの高速リセット運動はサッカードの起源であると考えられており、VOR および OKR とともに、あらゆるタイプの眼球運動が派生する青写真を構成します 1,27。眼球運動は、視蓋またはパリウムの運動野を電気的に刺激したり、視覚刺激を提示したりすることによって誘発できますが 21,24,28、サッカードが存在するかどうかはまだわかっていません。

この研究では、OKRがヤツメウナギに存在し、その主要な視覚処理が前蓋で行われ、眼球運動核と前庭核に情報が送られることを示した。さらに、哺乳類で報告されている OKR と VOR の間の強力な相加効果はヤツメウナギにもすでに存在しており、視覚信号と前庭信号はいくつかの皮質下レベルで統合されており、視覚と前庭の視線の安定化には皮質や小脳の処理が必要ないことが示されています。蓋からダウンレギュレートすることができます。ヤツメウナギはまた、明確な眼振の拍動を示し、これはヤツメウナギが哺乳類に至る進化系統から分岐した時点で、あらゆる安定化タイプの眼球運動がすでに存在していたことを示している。

ヤツメウナギが VOR16,29 を示すことを確認するために、前庭刺激に応じた目の動きをビデオ追跡する行動実験を実施しました。無傷の動物を冷水で満たされた透明なチューブに入れました（図1a）。目の動きは、DeepLabCut ソフトウェア 30 を使用して追跡されました (図 1b)。前庭刺激により、3つの平面（ロール、ピッチ、ヨー、N = 9、図1b〜d、補足ムービー1〜3）で顕著な代償性眼球運動が引き起こされました。頭の動きに対する目の利得を調査するために、加速度計が透明なチューブに取り付けられました (N = 3)。次に、ヤツメウナギの目を追跡しながら、チューブを 3 つの平面内で 60 ～ 200 度/秒の範囲の速度で手動で操作しました。その後、目と頭の位置がプロットされ（図1b〜d）、それらの空間的および時間的配置の観点から比較されました（補足図1a）。動的ゲインは、眼球速度を比較することによって計算されました (「方法」を参照)。ゲインはロールで 0.77 ± 0.19、ピッチで 0.6 ± 0.23、ヨーで 0.69 ± 0.13 であることがわかりました。位置ゲインは、アクティブな動作中の目と頭の間の曲線下面積 (AUC) を比較することによって取得されました。ゲイン値はロールで 0.67 ± 0.16、ピッチで 0.45 ± 0.16、ヨーで 0.64 ± 0.25 でした。

a VOR の目の動きを監視するために使用されるセットアップを示す概略図。 b – d（上）ロール（a）、ヨー（b）、およびピッチ（c）平面の回転に応じた、刺激の前（左）およびピーク（右）の代表的なフレーム（スケールバー = 1 mm）。赤い点線は刺激前の目の位置を示し、緑の点線は前庭刺激のピークにおける目の位置を示します。画像内の色付きの点は、追跡システムが目の軌道を計算するために使用されるラベルを表します。 (下) ロール (緑)、ヨー (赤)、およびピッチ (青) 平面での数回の回転中の頭の位置に対する目の位置 (黒) を表すトレース。 e–g ヤツメウナギ傾斜プラットフォームの概略図。このシステムは Matlab を介して制御され、Arduino コントローラーボードを介して視覚刺激と前庭刺激を同期させることができ、電気生理学的記録用のデジタイザーも利用できます。プラットフォームは、別の Arduino ボードによって制御されるサーボエンジンによって動かされ、記録電極とともにプレパラートを含む透明なチャンバーを回転させます。傾斜プラットフォームに接続された透明なチャンバー (目、迷路、脳の準備を含む) が、正面 (e) と側面 (f) から見た 2 つのスクリーンの間に配置されます。プラットフォームの全体的な表現を g に示します。 h 目の筋肉またはさまざまな脳領域の活動を記録するために使用される準備を示す概略図。赤い四角は、前庭器官が位置する耳嚢の位置を示します。調整された視覚刺激と組み合わせた、角速度 112.94°/s でのプラットフォームの 22.7°の傾斜に応答して誘発された活動を示す代表的なトレースを左側に示します。右側は、48.71°/s の視運動刺激 (上) と、暗闇での同じ速度、振幅 5.8° の前庭刺激 (下) によってもたらされた同様の記録です。青色の領域はロール運動の継続時間を示し、黄色は静的傾斜の継続時間を示し、点線の長方形は進行中の視運動刺激を示します。略語: RR 吻側直筋、DR 背側直筋、CR 尾側直筋、aCSF 人工脳脊髄液。

無傷の動物では、VOR を行動的に調査することはできましたが、視覚情報と前庭情報の寄与を分析することは長い実験を必要とし、無傷の動物では行うことができませんでした（方法を参照）。したがって、視覚入力と前庭入力の間の相互作用を研究するために、ヤツメウナギの脳と吻側脊髄を眼と前庭器官（耳）で分離して電気生理学的記録を実行しながら、傾斜プラットフォームを介して視覚刺激と前庭刺激を調整できるセットアップが開発されました。カプセル）（図1e–g、補足ムービー4）。視覚刺激は、垂直軸に沿って反対方向に移動する水平バーで構成され (つまり、右目に提示されたバーが上方に移動すると、左目に提示されたバーは下方に移動します)、体の回転中の視覚入力を反映します。眼前庭脳の準備を回転プラットフォームと位置合わせして、ロール面で前庭刺激を生成しました。

調製物の実行可能性を確認するために、ビデオカメラが前方に取り付けられ、ロール刺激に応答してVOR眼球運動が誘発されることを示しました（補足図1b）。研究全体を通じてVORを確実に定量化するために、背側直筋外眼筋のEMG記録を実行しました（DR、図1h）。この筋肉は、前庭刺激の反対方向への代償性眼球運動と一致して、下向きの回転刺激によって一貫して活性化されました。図 1h (緑色のトレース) は、視覚刺激と前庭刺激の組み合わせに対する代表的な反応を示しています (補足ムービー 5 も参照)。信頼性の高い応答は、単独の視運動学 (図 1h、青色のトレース) または前庭刺激 (図 1h、オレンジ色のトレース) によって誘導されました。プラットフォームが水平位置に戻ったときに活動は誘発されませんでした（図1h、緑色のトレース、赤色のアスタリスク）。これは、筋肉の活性化がこの平面のVORに対応していることを示しています。外眼筋で記録された筋電図活動が眼球運動に確実に対応していることを確認するために、筋電図活動を記録しながら、前八運動運動核（AON; VOR に関与する前庭核の 1 つ、下記参照）に強度を増加させて電気刺激を実行しました。背直筋と同時に眼球運動をビデオ記録します（補足図1c; N = 2）。 EMG 活動は眼球運動の振幅と並行して増加したため (補足図 1c-e、補足動画 6)、眼球運動を間接的に測定するために使用できます。

この実験プラットフォームを使用すると、目の動きを監視し、前庭刺激や視覚刺激に応じたさまざまな脳領域の細胞外活動を記録できます。

視覚刺激（片方の目に提示される迫りくる点やバー）は、目の動きや方向を定める/回避する動きを引き起こすことが示されていますが、ヤツメウナギでは OKR は実証されていませんでした。これをテストするために、3 つの主軸 (ロール、ピッチ、ヨー) 内を高速で移動するバーのグリッドを適用し、背直筋 (ロールおよびピッチ刺激の場合) または尾直筋 (ヨーの場合) の EMG 活動をモニタリングしました。刺激）。

回転速度の増加に応じて、EMG 活動の振幅とスパイク数が大幅に増加しました (6 匹のヤツメウナギからの n = 18)。図2aのグラフは、EMG振幅（左）とスパイク（右）に関する応答が刺激の速度と並行して増加することを示しています（図2bの代表的なトレースを参照）。図２ｅには、６匹の動物の結合データが示されている。同じことがピッチ面で誘発された活動にも当てはまりました（5 匹のヤツメウナギからの n = 15、図 2f）。 EMG 振幅 (図 2c、左) とスパイクの数 (図 2c、右、図 2d の代表的なトレースを参照) は両方とも刺激速度とともに増加しました。驚くべきことに、ヤツメウナギが各遊泳サイクル中に受けるヨー面での刺激には有意な効果は見出されなかった（図1g、h、N = 10）。視覚反応は誘発される可能性がありましたが、それらは非常に信頼性が低く、視覚刺激速度と並行した明らかな増加は観察されませんでした（図2g、h）。同じ動物は、ロール面とピッチ面の両方で信頼できるOKRを示しました（図2i、補足図2a、b）。このようにして、ピッチ面およびロール面における明確な視運動学的反応が確立され、シーン全体の視覚運動に反応する代償的な眼球運動を示した。

一定範囲の速度におけるロール面での視運動刺激中に 1 頭の動物の背直筋に誘発された EMG 活動の正規化された EMG 振幅 (左) とスパイクの数 (右) を示すグラフ。 b ロール刺激中の 3 つの異なる速度での代表的なトレース。点線の長方形は、視運動性刺激の持続時間を示します。 c 一定範囲の速度におけるピッチ面での視運動刺激中の 1 匹の動物の背直筋における EMG 活動を示すグラフ。 d ピッチ刺激中の 3 つの異なる速度での代表的なトレース。 e、f ロール（e）面とピッチ（f）面での光運動性刺激に応答した背直筋のEMG活動を反映する平均EMG振幅とスパイク。ロールについては6匹の動物、ピッチについては5匹の動物からのデータを組み合わせています。反復測定 ANOVA により、刺激速度がロール面の EMG 振幅 (F[3, 51] = 7.858、p < 0.001) およびスパイク (F[3, 51] = 3.366、p = 0.026) に及ぼす顕著な影響が明らかになりました。ピッチ平面内の EMG 振幅 (F[4, 56] = 5.057、p = 0.001) として。 g EMG 活動がヨー面での光運動性刺激の速度と並行して増加しないことを示すグラフ。代表的なトレースを h に示します。ただし、ヨー面反応を欠く動物では、ロール面における信頼性の高い視運動学的反応が観察されました。すべての分析に対してホルム補正を実行しました。グラフ内の影付きの領域は誤差帯域を示します。ソースデータはソースデータファイルとして提供されます。ロール面解析は 3 匹の動物からの n = 52 の独立したサンプルに対して実行され、ピッチ面解析は 3 匹の動物からの n = 57 の独立したサンプルに対して実行されました。

視覚入力と前庭入力の両方が視線の安定化に寄与していることを考えると、次の疑問は、これら 2 つの感覚様式の組み合わせが代償性眼球運動にどのように影響するかということでした。これをテストするために、ロール面の 4 つの異なるパラメータ、すなわち低振幅 - 低速 ( 5.8°; 48.7°/s; n = 24（8 匹のヤツメウナギから）、低振幅 - 高速（5.8°; 112.94°/s; n = 37 13 ヤツメウナギから）、高振幅 - 低速（22.7°; 48.7°/ s; n = 24（8 匹のヤツメウナギから）、高振幅 - 高速（22.7°; 112.94°/s; 10 匹のヤツメウナギから n = 29）。誘発された反応をより適切に制御し、視覚前庭統合の全体的な評価を可能にするために、連続的な視運動性刺激が提示されました。最初の動的視覚前庭刺激と、静的前庭信号に動的視覚成分のみを課すその後の応答の両方を分析することで、視線の安定性に関する時間的な考慮と微妙な視点が可能になりました。動物間で信号強度の違いが観察されたため、各動物の応答を最大強度に正規化して、異なる調製物で得られた結果を比較し、感覚モダリティ間の比率を取得できるようにしました。

a 実装された 3 つの実験パラダイムの概略図: 視覚 (上)、前庭 (中央)、および前庭視覚 (下)。矢印は、視覚刺激 (緑) と前庭刺激 (黒) の両方の刺激の動きの方向を示します。記録電極を右背直筋に配置した。 b–e 4つの異なる刺激プロトコル中の振幅と速度の観点から、視覚（VIS）、前庭（VES）、および視覚前庭（VISVES）刺激に応じたスパイク数の観点からEMG活動を示すグラフ。振幅はプラットフォームの最大傾斜角度を指し、速度はプラットフォームの運動速度または視覚刺激を指します。モダリティ間の有意性は各グラフの星印で表され、一対の T 検定を通じて取得されました: 低振幅低速 (VES から VISVES t(23) = −4.802、p < 0.001; n = 8 匹の動物からの 24 記録)、低振幅高速 (VIS から VES t(36) = −3.346、p = 0.002 p = 0.002 および VES から VISVES t(38) = −2.930、p = 0.006 p = 0.006; n = 13 匹の動物からの 37 件の記録)、高振幅低速 (VIS から VES t(22) = −11.559、p < 0.001、p < 0.001; n = 24 匹の動物からの記録)、高振幅高速 (VIS から VES t(27) = −13.808、p < 0.001 ; n = 10 匹の動物からの 29 件の記録）。 f – i 4つの異なる刺激プロトコル中のVIS、VES、およびVISVES刺激に応じた最大振幅の観点からEMG活動を示すグラフ（（g）VESからVISVESまでのt（38） = −2.475、p = 0.018、n = 37からの記録） 13 匹の動物;(h) VIS から VES t(23) = −6.315、p < 0.001、8 匹の動物からの n = 24 の記録;VES から VISVES t(22) = −2.614、p = 0.016、および (i) VIS からVES t(28) = −15.457、p < 0.001、10 匹の動物からの n = 29 の記録）。 j, k 最低強度 (j) と最高強度 (k) の代表的な応答。青色の領域はロール運動の継続時間を示し、黄色は静的傾斜の継続時間を示し、赤色の点線の長方形は進行中の視運動刺激を示します。すべての T 検定は補正なしの両側検定でした。図全体を通して、データは平均値 ± SD として表示されます。ソースデータはソースデータファイルとして提供されます。

個々の VIS 応答と VES 応答は類似していましたが、一緒に適用すると VISVES 活性ははるかに大きくなり、相互に強化されました (図 3b、f、j)。対応のある T 検定により、VES と VISVES の間で誘発されたスパイクの数に有意な差が明らかになりましたが (図 3b、j)、EMG 振幅についてはそうではありませんでした (図 3f)。

誘発されたスパイクの数に関するVESとVISVESの有意な差で明らかなように、これらの条件下でも視覚反応と前庭反応は相互に強化され（図3c、補足図3a）、最大EMG振幅はVESとVISVESの間で大幅に増加しました。 VISVES (図 3g)。 VESのスパイク数はVISのスパイク数よりも大幅に大きく、前庭感覚情報の寄与が大きいことを示しています（図3c、補足図3a）。

前庭反応は VIS 反応よりもはるかに大きく、スパイクの数を比較すると (図 3d、補足図 3b)、VIS の追加は VISVES 反応にあまり追加されませんでしたが、EMG 振幅を考慮すると (図 3h) ) VIS が VES に大幅に追加されました。

この場合、前庭反応が支配的であり、組み合わされたVISVES反応には視覚による有意な追加はありませんでした（図3e、i、k）。

上記の結果は、視覚と前庭の関節刺激が反応を強化することを示していますが、視覚的な影響は振幅の小さい動きの方がより関連性があります。これは、閾値を超える VIS 反応が視覚刺激の開始時にのみ誘発されるという事実と合わせて、その役割が代償性眼球運動の開始時により重要であることを示唆しています。視覚は誘発されたスパイクの数を増やすことによって寄与しますが（図3b〜e）、統合された信号EMG振幅は低振幅（高速）および高振幅（低速）条件中にのみ顕著な影響を受けました（図3f〜i）。この違いは、各感覚モダリティで最大 EMG 振幅に達する時間を考慮すると説明できます。低振幅条件では、視覚的なピークは前庭のピークよりも遅く現れ（図4a〜d）、この不整合により、応答EMG振幅の点で視覚の影響が小さくなります。 VISVES のピーク EMG 振幅は、以前に概説したように、条件の半分で VES よりも大きかったが (図 3f–i)、すべての条件で視覚的ピークの時間の方にシフトしていました (図 4a–d)。

a～d 異なるパラダイムにおける各モダリティのピーク EMG 振幅に到達するまでに要した平均時間を示すグラフ。対応のある T 検定により、以下について有意な結果が得られました: 低振幅低速 (VIS から VES t(16) = 5.506、p < 0.001、8 匹の動物からの n = 17 の記録)、低振幅高速 (VIS から VES t(23) = 10.871、p < 0.001、11 匹の動物からの n = 24 の記録および VES から VISVES t(30) = −3.411、p = 0.002、11 匹の動物からの n = 31 の記録)、高振幅高速 (VES から VISVES t(28) = 2.818、p = 0.009、12 匹の動物からの n = 29 の記録）。 e 1 匹の代表的な動物の 4 つの異なるパラダイムにおけるスパイク活動を示すヒートマップ。値は最高密度のクラスターに正規化されており、濃い青はスパイクがないことを示し、黄色はスパイクの最大数を示します。各セグメントは、3 つの異なる試験からの平均データを組み合わせた 100 ミリ秒のウィンドウ内のスパイクアクティビティを示します。すべての T 検定は補正なしの両側検定でした。図全体を通して、データは平均値 ± SD として表示されます。ソースデータはソースデータファイルとして提供されます。

刺激の範囲全体にわたる視覚寄与のダイナミクスを捉えるために、図4eのヒートマップに示すように、100ミリ秒のウィンドウで3つの条件（VIS、VES、VISVES）のそれぞれの下で誘発されたスパイクの数を分析しました。明らかな効果は、VESのみと比較してVISVES応答が延長されたことでした（図3j、kおよび補足図3a、bのトレースも参照）。 VISVES と VES 試験を比較すると、視覚刺激のみによって引き起こされる活動が現れる前であっても、誘発されたスパイクの数が増加していました。したがって、興奮性の閾値以下の増加は、前庭反応を増強することができるVISによって引き起こされました（図3j、kおよび補足図3a、bも参照）。したがって、最初の視覚スパイクは前庭反応に比べて遅く現れますが（図4a〜d）、両方の感覚モダリティが組み合わされると視覚は早期に影響を及ぼし、その寄与により誘発反応が延長されます。上記の結果は、視覚と前庭の関節刺激が反応を強化するが、視覚的な影響は振幅の小さい運動の方が大きいことを示しています。この発見は、閾値を超える VIS 反応が視覚刺激の開始時にのみ誘発されることと併せて、その役割が代償性眼球運動の開始時に特に重要であることを示唆しています。

私たちの結果は、視覚入力と前庭入力の間の相互作用が視線安定化の基礎となる眼球運動を決定することを示しています。視線安定化のための視覚および/または前庭情報に寄与するさまざまな脳領域を特定するために、眼球運動核 (nIII) への入力を分析しました。眼球運動核 (nIII) は背直筋を神経支配し、前庭刺激の運動開始前の最後の統合リレーです (接続は補足図 4a ～ h) にまとめられています。 VOR に関与する経路の一部はヤツメウナギの幼生で分析されています 17,20,31 が、成体でのデータは入手できません。

nIIIへのニューロビオチン注射（N = 4;図5a挿入図）は、この核に突き出ている最も吻側の集団が同側視床にあることを示した（図5a）。対側視床にもいくつかのニューロンが見つかりました（図示せず）。多数のニューロンが同側前蓋で逆行性に標識され（図5b）、一部は対側にも標識されました。視蓋前への注射 (N = 2) では、眼球運動核に多数の末端が示され (図示せず)、この核への直接の視蓋前投影が確認されました。内側縦束の核（nMLF;図5c）およびSNc32（図5c）からも突起が観察されました。視蓋では逆行性標識ニューロンは観察されず、この領域から制御される眼球運動21は、他の脊椎動物と同様に中継核（視線中心と推定される）を介して媒介されることが示唆される33。 nIIIへの菱脳突起は、滑車（nIV、図5d）および外転（nVI、図5e）の運動核の領域に位置する小さなニューロンから生じます31。最も顕著な標識は対側の前八運動運動核で見つかり、そこでは大きな逆行性標識ニューロンが見つかりました（図5f;参考文献17および20も参照）。この核から生じる粗い線維がさまざまなレベルで交差するのが観察でき、また同側のいくつかのニューロンも観察できました（図示せず）。これらの結果は、nIII がそれぞれ前蓋と前庭核から情報を受け取っていることを示しています。

a ニューロビオチンが眼球運動核に注射され（挿入図）、視床からの同側の投射が示されました。 b 多数の逆行性標識細胞が前蓋で見つかり、同側の眼球運動核に突出する集団を形成しました。 c nMLF 領域の逆行性ニューロン。いくつかの逆行性標識ニューロンも SNc で観察されました (矢印)。 d、e 外眼筋の神経支配を担う他の2つの脳神経核からも突起が見つかり、ここでは滑車核（d）および対側外転核（e）の細胞集団によって示されています。逆行性標識ニューロンは、AON から標識された太い軸索の近くの峡部領域の腹側部分にも見つかりました。 (d矢印)。 AON からは強い投射が確認され 17,20、OLA の背側にも逆行性標識ニューロンが見つかりました。略語: Th 視床、Hyp 視床下部、pc 後交連、PT 前蓋、ot 視路、nMLF 内側縦束核、SNc、黒質緻密部、nIV 滑車運動核、AON 前八分運動核、OLA 八分外側領域、ION 中間オクタボ運動核、nVI 外転運動核。スケールバー = a (および挿入図) および e で 250 μm。 bとcでは100μm。 dとfは150μm。

解剖学的結果と他の脊椎動物のデータは、前蓋が OKR への視覚情報の主な寄与者であることを示唆しました 8,9。しかし、蓋は視覚処理において重要な役割を果たしているため、どの領域が主な寄与者であるかを特定することを目的としました。我々は、視運動性刺激によって引き起こされる背直筋の活動への影響を確認するために、これら 2 つの脳領域の急性不活化によってトレーサー注射を補完しました。

蓋が不活化された場合（N = 5）、OKR応答は無傷のままでした（図6aの赤いトレース）。対照的に、OKR応答は、損傷（N = 3;図6aの青いトレース）またはグルタミン酸受容体拮抗薬キヌレン酸の注射（KA; N = 3;図6b、赤いトレース、応答）によって前蓋が不活化された場合に消失しました。たとえ蓋が無傷であっても、洗い流した後に回復します。緑色のトレース）。図6cのプロットは、前蓋へのKA注射後にOKRが大幅に減少し（t（6）= 2.633、p = 0.036）、ウォッシュアウト後にOKRが大幅に回復したことを示しています（t（3）= -3.703、 p = 0.034)。

a 無傷の脳 (黒色のトレース) および視蓋 (赤色のトレース) および蓋前部 (青色のトレース) への視覚入力の正確な不活性化後の視運動性刺激に対する背直筋の EMG 反応。 b 無傷の脳における視覚刺激に対する背直筋の筋電図反応（黒色のトレース）、および視運動性反射の消失につながる前蓋のキヌレン酸による正確な薬理学的不活性化後の後（赤色のトレース）、ウォッシュアウト後に戻りました（緑色のトレース））。赤い点線の長方形は視覚刺激の継続時間を示します。 c キヌレン酸による視蓋前不活性化後の視運動性刺激に応答した背直筋活動の有意な減少（KA; t(6) = 2.633、p = 0.039、3匹の動物からのn = 7の記録）、およびウォッシュアウト後の有意な回復を示すグラフ。 (t(3) = −3.703、p = 0.034、3 匹の動物からの n = 4 の記録)。影付きの領域は誤差帯域を示します。 d 蓋の不活性化後のロール面における視覚（VIS）、前庭（VES）、および視覚前庭（VISVES）刺激に対する正規化されたEMG振幅（左）およびスパイク（右）を示すグラフ。対応のある T 検定により、VIS から VES (5 匹の動物からの t(13) = −3.277、p = 0.006、n = 14 の記録) と VES から VISVES (t(14) = −2.740) の間で誘発されたスパイクの数に有意差があることが明らかになりました。、p = 0.016、n = 15 匹の動物からの記録）、および最大 EMG 振幅（VIS から VES t(14) = −3.717、p = 0.002、および VES から VISVES t(14) = −2.917、p = 0.011; n = 両方とも 5 匹の動物からの 15 記録）。 e 背直筋の代表的なEMG記録に反映される、蓋蓋の不活化中のロールプレーンでのVIS、VES、およびVISVES刺激に対するヤツメウナギの目の動きの反応。 f VISVES 反応は、振幅 (t(14) = −3.005、p = 0.009、n = 15 の 5 匹の動物からの記録) とスパイク (t(13) = −2.469、p = 0.028、n = 5 匹の動物からの 14 件の録音）。すべての T 検定は補正なしで t テール検定されました。データは平均値±SDとして表示されます。ソースデータはソースデータファイルとして提供されます。

視覚皮質の相同体はヤツメウナギのパリウムに存在し、視覚は網膜局所的に表現され 26、この領域の電気刺激により眼球運動が生成されます 28。視覚領域に損傷を与えた後、光運動性刺激によって引き起こされる視覚反応には有意な影響は観察されず、パリウムがOKRの生成に直接関与していないことを示しています（補足図4i; 4匹のヤツメウナギからのn = 12）。

次に、蓋前部からの視覚情報が依然として前庭反応に影響を与えるかどうかを確認するために、蓋に損傷を与えた後の視覚と前庭の統合の変化を分析しました。 VISVES 応答は依然として VES のみよりも大幅に大きく (図 6d、e)、この増強が蓋に依存していないことを示しています。したがって、前蓋は、視覚情報を下流の皮質下構造に中継する上で重要であると考えられ、視線の安定化のための視覚と前庭の統合を可能にします。蓋前損傷とは対照的に、蓋の不活性化により、視覚刺激に対する眼筋活動が増加しました（図6a、赤いトレース）。これは、病変後のVISVES試験中の著しく大きなEMG振幅で明らかになり（図6f）、このピークはより早く到達しました（0.23±0.05秒から0.19±0.02秒に短縮、t [12] = 2.881; p = 0.014 ）。その結果、蓋蓋の不活化により視覚前庭統合が強化され、EMG振幅が大きくなり、応答時間が短縮されました。

他の脊椎動物では、視覚は眼球運動核への投射とは独立して前庭核に影響を与えます 34,35,36。これがヤツメウナギにも当てはまるかどうかを調べました。前庭核ホモログは、前庭核 (AON)、中間核 (ION)、後八運動運動核 (PON) に分けられます。背直筋を神経支配する動眼核への前庭入力は、AON と ION から来ます (現在の研究、20)。したがって、これら2つの核の細胞外記録を実行しました（図7a; 13匹のヤツメウナギからのn = 39）。両方の核において、視野回転刺激は反応を誘発した（図７ａ；黒のトレース）。これらの反応は、前蓋（3匹のヤツメウナギからn = 9;補足図5a）の不活性化によって廃止されましたが、蓋（3匹のヤツメウナギからn = 9;図7a;赤いトレース）およびパリウム（からn = 15から）によっては廃止されませんでした。ヤツメウナギ 5 匹、図示せず）。これは、前庭器のみが前庭核に視運動情報を提供していることを示しています。

a（左）通常状態（黒色のトレース）および蓋損傷後（赤色のトレース）における光運動性刺激に応答したAONの記録。赤い点線の長方形は視覚刺激の継続時間を示します。 b AONへのニューロビオチン注射後の、対側nIIIで終わる順行性標識線維（挿入図）。標識された線維も、nMLF に向かってより尾側に進みます (破線の楕円形、e を参照)。 c 逆行性標識細胞は同側視床で見られました。 d 逆行性標識細胞は視蓋前部 (右) で見られ、樹状突起が視神経管に達しています。 e 同側の nMLF の端子。 f 注射部位のレベルでの対側の突起。前庭領域間の重大なクロストークが明らかになります。 g 細胞内パッチクランプ記録に使用され、前蓋を維持し、全細胞記録のために AON を露出するヤツメウナギ脳の厚い切片を示す概略図。トレーサー注入は、峡部のレベルで AON から nIII までの管内に事前に行われ、全細胞記録のために AON 内の投射ニューロンを視覚化できるようになりました。 h 4 パルス刺激 (10 Hz) 中の、事前に標識された AON ニューロン内の代表的な細胞の興奮性 (下、赤いトレース) 応答。ニューロンが脱分極した場合（上部、青色のトレース）、抑制性入力を示すスパイクの停止は観察されませんでした。 i 過分極および脱分極の 500 ms 電流ステップ (ステップあたり 10 pA) に対する電圧応答。-68 mV で静止状態から誘発され、閾値 (青色のトレース) および閾値超過応答 (赤色のトレース) を示します。 j 電流クランプモードで記録された、前蓋/視索の持続刺激（10 Hzで10パルス）によって誘発されたnIIIに投射するAON細胞の興奮性シナプス後電位（EPSP）振幅の定量化。値は最初の EPSP に正規化されます。データは平均値±SDとして表示されます。略語: AON 前八分運動核、nIII 眼球運動核、Th 視床、pc 後交連、PT 前蓋、視神経路、nMLF 内側縦束核、SNc 黒質緻密部、OLA 八分外側領域。スケールバー = b の 150 μm; b 挿入図で 250 μm。 c-fで100μm。ソースデータはソースデータファイルとして提供されます。

次に、これらの前庭核に到達する視覚情報の起源をマッピングするために、AON (N = 4) および ION (N = 4) にニューロビオチン注射を実行しました。 AON と ION は両方とも同じ入力を受け取るため、説明した結果は両方の原子核に当てはまります。 AONおよびIONへの注射（図7b、挿入図）により、眼球運動核への投射が確認され（図7b）、両方ともnMLFで終わる同側の投射を示した（図7b、e）。これらの核を標的とする最も吻側の集団は、眼球運動核に投射を送る同じ視床領域で見つかり（図7c、上記参照）、この領域が視線の安定化に関与していることを示唆しています。蓋では逆行性ニューロンは観察されませんでした。しかし、電気生理学的実験（上記参照）に基づいて予想されたように、標識は前蓋で発見され、視覚情報は前蓋で生じるという概念を裏付けています（図7d）。少数のニューロンが前蓋の内側側面で観察されましたが、ほとんどの逆行性標識ニューロンは、樹状突起が伸びる同側視神経路の近くに位置していました（図7d）。多数の逆行性標識ニューロンが対側のAON（およびこの核への注射のためのION）で観察され、両側の前庭核が相互に影響を与えていることを示しています（図7f）。

視覚情報が前庭に影響を与えることを確認するために、前蓋（図7g）と視神経路を維持しながら、パッチクランプ記録のためにAONニューロンを露出する準備を使用しました。次に、パッチクランプ記録用に AON ニューロンを逆行的に標識して同定するために、AON 管にデキストラン - ローダミンを注射しました (図 7g; n = 8)。ニューロンは、視蓋前刺激（10 Hz、図7h、赤いトレース、n = 7）に対して興奮性反応を示し、すべての誘発されたEPSPは同様の振幅を有しました（わずかに抑圧的、図7j）。ニューロンがより脱分極したレベルに保たれた場合、阻害は明らかになりませんでした（図7h、青色のトレース）。阻害応答の欠如は、-20mVまでの脱分極を可能にするQX314（n = 2）でナトリウムチャネルを細胞内でブロックすることが確認されました（補足図5b）。眼球運動核に投射するニューロンは、ほとんど適応を示さず（図7i）、過分極後（図7i、青色のトレース）を示しました。まとめると、これらの結果は、視覚前庭統合が前庭核のレベルで起こり、視覚情報が前蓋で生じることを示しています。 AON ニューロンが事前に標識されていない場合、EPSP は AON 領域の一部のニューロンでのみ誘発され (4/23 ニューロンが記録)、IPSP は 1 つのニューロンでのみ誘発されました (図示せず)。これは、AON 内の一部のニューロンのみが誘発されたことを示唆しています。この領域は前蓋と相互作用します。

上で説明したように、ヤツメウナギは、非視運動性視覚刺激によって引き起こされる眼球運動を備えた、よく発達した視覚システムを備えています 24。これは、彼らが目標指向のサッカードを実行できる可能性があることを示唆しており、これが本当であれば、前庭刺激によって眼振の遅いリセット段階だけでなく、急速なリセット段階も誘発される可能性があります37。眼振を分析するために、ビデオで目の動きを追跡しながら、無傷のヤツメウナギを完全に回転させるプラットフォームを開発しました（図8a）。回転は代償性眼球運動（VOR）を引き起こしましたが、反対方向の動きをリセットしました（図8b-c;補足ムービー7）。ヤツメウナギの VOR が眼振の動きを特徴とするかどうかを調べるために、3 つの異なる速度 (27.4、68.5、および 137 °/s) で 180° 回転を適用し、各眼球運動エピソードの継続時間を測定しました (N = 3)。眼振運動と一致して、遅い代償性眼球運動の持続時間と速度は回転速度に応じて変化しました（図8d）が、リセットフェーズの持続時間は、異なる刺激速度にわたって非常に類似した持続時間（0.024±0.009秒）をもたらしました。これは、急速相眼振の典型的な動きであり（図8d）、ヤツメウナギには衝動的な性質の動きが存在することが示されています。これらのリセット眼球運動のダイナミクスの分析により、その速度は 77.06 ± 30.30 度/秒、振幅は 1.72 ± 0.73° であり、異なる刺激速度で誘発された急速フェーズを比較した場合に有意な差がないことが明らかになりました。

a 私たちの研究室で構築されたプラットフォームにより、ヨー面での無傷のヤツメウナギの制御された回転が可能になりました。動物は冷たい淡水で満たされた透明なプラスチックチューブに入れられました。シリンダーの直径により、動物の自由な動きは制限されながらも呼吸が可能になりました。異なる速度で 180 度回転する刺激中に片目を撮影できるように、カメラがプラットフォームに取り付けられました。 b ヤツメウナギの目の位置は、DeepLabCut を使用して定量化されました。これにより、頭部 (黄色) を基準とした瞳孔の動き (平均するために 4 つのラベルが使用され、オレンジ、青、紫、ピンクで示されています) を識別することができました。赤い点線はヨー刺激の開始時の目の位置 (静的位置) を表し、緑色の線は頭の方向と反対方向の動きの結果である低速 (代償) 段階の終了位置を示します。青い線は、頭の動きと同じ方向への次の急速フェーズ (リセット) の目の動きの後の目の終了位置を示します。 c 前述のアイトラッカーを使用すると、時間の経過とともに目の位置が角度に変換され、眼振のある VOR を示す明確な鋸歯状パターンが明らかになります。 d 眼球運動の遅いフェーズ (黒) と速いフェーズ (赤) の持続時間が、回転ヨー運動の持続時間に対してプロットされました。持続時間は、ビデオ録画のフレームごとの分析に基づいて計算されました。 (27.4、68.5、137°/秒)。グラフに示されているように、速い段階の眼球運動 (赤) は、遅い段階 (黒) と比較して、トライアル全体で一貫して同じ一般的な継続時間を示しました。また、図に反映されているように、同じ速度での異なるトライアル間のばらつきがより大きいことも示されました。速い位相の眼球運動と比較して標準偏差が大きくなります。データは平均値±SDとして表示されます。影付きの領域は誤差帯域を示します。ソースデータはソースデータファイルとして提供されます。

ヨー面での信頼できる OKR 応答が欠如しているため、VOR 以外の他のメカニズムがこの面での頭の動きを補償するかどうかという疑問が生じました。まず、自由に動く動物を監視することによって、水泳中に頭部が安定するかどうかをテストしました（補足ムービー8）が、頭部の動きは水泳のうねりを伴い、視覚的なシーンのクランプが頭部の安定化によって達成されないことを示しました。他の脊椎動物で確立されたもう1つの可能性38、39、40は、遠心性コピーを介した運動ネットワークがヨー面での代償的な眼球運動を駆動するというものです。これをヤツメウナギでテストするために、半完全な標本を使用しました 21 (図 9a)。まず、尾部と眼球の動きを監視するために上部に配置されたビデオカメラを使用して、代償性眼球運動が発生するかどうかを監視するためにプレパレーションの頭部を固定しました（図9a）。 6匹の動物のうち1匹では、水泳の頻度に合わせて協調的な眼球運動が生成されました（図9b-f;補足ムービー9）。減少したとはいえ、迷路が除去され視神経が切断されたとき、これらの動きは持続し（図9d、g）、これらの動きは必然的な放電から生じることを示しています。

a 体と目の動きを監視するために使用される、半完全なヤツメウナギの準備を示す概略図。脊髄までの吻側部分は、生体外の準備と同じ原理に従って解剖され、脳と目を露出させます。体と尾の残りの部分は、移動できるように無傷のまま残されました。ビデオカメラを顕微鏡に接続して設置し、上から調製物を撮影した。 b 自発的または触覚的に誘発された運動（尾を軽くつまむことによる）のいずれかを記録し、目と体の動きを経時的に分析しました。水泳活動と同期した眼球運動が観察されました。画像は、水泳中の目と尾の 2 つの異なる位置を示しています。 c 尾 (黒) と目 (緑、右目、紫、左目) の軌跡。尾の動きとともに両目の調整された動きが発生することを示しています。 d これらの動きはそれほど一貫性がありませんでしたが、視覚と前庭の不活性化後にも保存されました。 e 右目と左目の間の正の相関 (ピアソンの相関分析、r (1166) = 0.707、p < 0.001) を示し、それらの同期を示すグラフ。 f、g 尾と目の動きが、前（f;ピアソンの相関分析、r（1160）= -0.553、p < 0.001）と後（g）の両方で相関していることを示すグラフ前庭不活性化（r（1582）= -0.450、 p < 0.001)、観察された連動した眼球運動が運動の当然の放電によって生成されていることを示します。ソースデータはソースデータファイルとして提供されます。

1匹の動物のみではあるが、運動と調和した明確な代償性眼球運動が観察されたことを考慮して、知覚可能な眼球運動をもたらさない外眼筋の小さな活性化が筋電図を介して記録できるかどうかを調査した。水泳に伴う放電は脊髄レベルで発生することが示されているため、我々は、吻側直筋と尾側直筋（ヨー面の代償運動で活性化されるはずである）のEMG記録を実行し、同時に脊髄の一対の前根で記録した。コード（補足図6a; N = 4）。記録はスプリットチャンバーで行われ、D-グルタミン酸（750μM）が脳に影響を与えることなく脊髄に適用されました（図6a）。 D-グルタミン酸は、腹根で記録されているように、架空の運動41を引き起こしました（補足図6b、上のトレース）。ただし、目の筋肉では代償反応は誘発されませんでした（補足図6b、下のトレース）。まとめると、これらの結果は、付随的放電が代償性眼球運動を引き起こす可能性があることを示しており、これは明らかに1頭の動物でのみ観察されたが、その寄与はほとんどの場合閾値以下であるか存在せず、その起源はまだ解明されていない。

私たちの研究結果は、ヤツメウナギにはVORだけでなくOKRや眼振の形での衝動性眼球運動も存在することを示しています。電気生理学的記録と視覚前庭刺激の組み合わせを可能にするプラットフォームを使用して、眼球運動に対する視覚前庭統合の影響が哺乳類と同様であることを示し、強化された眼球運動の根底にある多感覚統合には皮質や小脳の影響が必要ないことを示しています。私たちは、眼振を含む視線を安定させる眼球運動が、いくつかの基本的な皮質下構造に依存していることを示します（図10a）。

a 視線を安定させる眼球運動（黄色の影付き）と、目標志向の眼球運動の基礎となる可能性の高い経路（赤色の影付き）を生成する際の視覚（目からの）情報と前庭（迷路からの）情報の流れを示す概略図。視覚情報のみを処理する脳領域はオレンジ色、前庭領域は青色、視覚前庭領域は緑色で強調表示されます。哺乳類と同様、視覚情報は脳に入るとすぐに前庭入力に影響を及ぼし、すべての視覚前庭領域は視覚入力または前庭入力によって独立して活性化され得ることに注意してください。眼球運動核の運動ニューロンは、感覚運動統合の最終段階で関連する外眼筋を動員することによって VOR/OKR を開始します。 b 脊椎動物の 7 つの主要なクラスとそれらが利用できる目の動きを特徴とする系統樹 58,66。この図は、各クラス内の眼球運動タイプの存在を示しており、すべてのメンバー種が必ずしもそのタイプを持っているわけではないことを意味していることに注意してください。滑らかに追跡する眼球運動 (赤色) は霊長類にのみ存在します。木の枝の縮尺は一定ではありません。略語: PT 前蓋、OT 視蓋、内側縦束の nMLF 核、VA 前庭領域。

これまでの研究では、OKR は軟骨魚類で最初に出現したとされています 1。私たちの発見は、脊椎動物の眼球運動の最新の系統樹において、視覚誘導による視線安定化の始まりをさらに遡ります（図10b）。また、目の動きは頭の回転を明らかに補っており、多くの脊椎動物種と同様に、運動によって誘発される視線の安定性が存在することも示します。まとめると、この研究は眼球運動制御の進化に関する多くの重要な参照点を紹介し、その基本的なメカニズムについて詳しく説明します。

ヤツメウナギの VOR は、ヤツメウナギの眼球運動系の動的特性、その感覚運動統合、および初期の脊椎動物における視線安定化の存在を反映した眼球運動の振幅によって、3 つの面すべての頭部の動きを確実に補償します。動的ゲインは約 0.7 であると記録され、位置ゲインは約 0.6 でした。これらの値は硬骨魚に関する以前の研究とほぼ一致しています 42 が、ヤツメウナギの VOR 利得をさらに調査するにはさらなる試験が必要です。 VOR は ex vivo 調製物でも観察できるため、高度に制御された方法で視覚前庭実験が可能になります。今回我々は、二シナプス経路を介したVORの基礎となる基本回路がヤツメウナギですでに進化しており、その後、種特異的な修飾はあったものの脊椎動物の進化を通じて維持されてきたこと、またnIIIとは別に、視覚前庭統合が前庭核でも行われていることを確認した。そしてnMLF。入手可能なデータは、VOR の基礎となる二シナプス弓が前半規管と後半規管によって支えられた初期の脊椎動物に出現し、それがすべての脊椎動物グループで主に維持されてきたことを示唆しています 10。 Otx に依存する顎口類の側方水平管の出現により、いくつかの回路配置が生じました 17。すなわち、ヤツメウナギが示す 6 つの外眼筋は、硬骨魚類や四足動物の外眼筋と相同であると考えられています 13,17 が、顎口類と比較すると、運動核の神経支配にいくつかの違いがあります。 3 つの筋肉は動眼神経核 (nIII) によって神経支配され、1 つは滑車核 (nIV) によって神経支配され、2 つの筋肉は外転筋 (nVI) によって神経支配されます。板鰓では、4 つの筋肉が nIII によって神経支配され、1 つは nIV によって、もう 1 つは nVI によって神経支配されます。硬骨魚や四足動物では、4 つの筋肉が nIII によって、1 つが nIV によって、少なくとも 1 つが nVI によって神経支配されています 17,44。しかし、ヤツメウナギにも存在する同じ計算スキームが維持されました。興味深いことに、ヤツメウナギは哺乳類と非常によく似た二次前庭突起の全体的なパターンを示します17。したがって、前庭系は高度に保存された要素だけでなく、特定の機能の変化に関連する変化も示します 10,45。

OKRをトリガーするとき、視覚刺激が視野全体をカバーしていることを確認しましたが、同じ刺激がより遠くから適用されると反応が消失することに注目し、視運動性の性質をさらに裏付けました。 OKR はロール面とピッチ面で確実に観察され、グリッド速度が増加すると、横ばいになる前にスパイクと EMG 振幅の両方が急激かつ即座に増加しました。これは、速度の増加により視覚的なクランプがより困難になったことと一致しています46。私たちの実験は、OKR がサメ、硬骨魚、両生類、爬虫類、鳥類、哺乳類と同様に、保護器官の活動に依存していることを示しています9。したがって、他の脊椎動物と同様に 47、蓋の不活性化によって OKR が廃止されることはありません。

視蓋前核、前庭核、および眼球運動核間の明確な相互接続性は、OKR と VOR の両方が皮質下起源であるという概念も裏付けており、皮質下機構の主要な役割が強調されており、この機構は視覚系の系統学的保存により哺乳類で維持されている可能性が高い15。 23、25、26。ヤツメウナギには機能的な小脳が存在しないということは、OKR に小脳経路が必要ないことを示しています。ヤツメウナギの前庭核にも蓋前情報が到達しており、蓋前前庭経路が初期の脊椎動物にすでに存在していたことを示している48。回転視覚運動に対するヤツメウナギの反応は、目の横方向の位置を考慮すると、視蓋前両眼性を示唆しています 49 が、視野全体の視覚処理の基礎となるメカニズムはまだ調査されていません 50。

驚くべきことに、各水泳サイクルでほとんどの動きが発生するヨー面では OKR は観察されませんでした。しかしながら、我々の結果は、ほとんどの場合、必然的放電だけでは代償性眼球運動を生じさせないことを示しているが、それらは、この面におけるOKRの欠如を補う閾値下の寄与を提供するようである（図9）。

OKR と VOR は相互に強化しますが、速度が高くなると、前庭反応の相対的な寄与が増加します。前庭刺激により、あたかも目が頭の変位を補償しているかのように、強力で長時間続く眼球運動が顕著に生じました。したがって、追加の視覚入力がヤツメウナギと人間の眼球運動の増加を明らかに増加させることは明らかであり、根底にあるメカニズムが保存されていることのさらなる証拠を提供します6,7,51。前蓋からの視覚入力もヤツメウナギの体の姿勢を制御する前庭反応を強化し、前蓋の重要な役割が視線と姿勢の安定化反応の両方に寄与していることを示唆しています54。

ヤツメウナギは眼振も示します。これは、VOR の遅い位相とは反対の方向への固定持続時間の速い位相の弾道的な眼球運動として特徴付けられます。これまでヤツメウナギは眼振を示さないと考えられてきた 16 が、我々の結果は、刺激速度や眼球運動の振幅に関係なく、同様の持続時間で、VOR の一部として眼球運動をリセットする明確な速い位相を示しています。回転中に起こる眼球運動は、脊椎動物のスペクトル全体で見られる典型的な VOR を特徴付ける鋸歯状パターンを構成する断続的な速い位相と遅い位相を生成します 56,57,58。魚の衝動性運動の速度は、毎秒 100 度から数百度の範囲です 59,60,61。したがって、ヤツメウナギの衝動性眼球運動はわずかに遅いです。ヤツメウナギでは機能的な小脳が進化していないため、VOR は他の脊椎動物では VOR の微調整に使用される相補的小脳回路を持たない。

特定の物体に向かうサッカードは眼振から進化したと考えられています。ヤツメウナギはよく発達した視覚系を有しており、目の動きは非視運動性視覚刺激によって引き起こされます24。したがって、これらの動物には目標指向性サッカードが存在すると考えられます。私たちの結果とヤツメウナギの蓋と哺乳類の上丘の大きな類似点21、22、23、25は、前蓋が主に視線/姿勢の安定化を制御するのに対し、蓋は目標指向の眼球運動を駆動することを示しています（図10a）。原始視覚野 26 とともに、眼球運動を制御する主要な回路は、ヤツメウナギが脊椎動物の主要系統から分岐する前にすでに存在していた可能性があります。

結論として、我々は、VOR と統合され、哺乳類と同様の眼球運動反応の強化をもたらす OKR の最古の脊椎動物の例を特定しました。前蓋は視覚運動の最初のレベルの統合器であり、その後哺乳類のように前庭核と眼球運動核に投射します。我々は、視線の安定化が基本的に皮質下で支配されており、皮質や小脳の不在下でもVOR-OKRの相互作用が可能であり、運動に支えられた視線の安定性も可能であることを示す。ヤツメウナギの眼振について概説するこの研究は、弾道目標指向の眼球運動の古代の起源を明らかにし、蓋がそのような命令を優先して視線を安定させる反射を下方制御している可能性があることを示している。すべての目の動きは、遅いものと速いものという 2 つの基本的なタイプから構築されており、どちらもヤツメウナギに存在することがここで示されています。したがって、すべての眼球運動の起源となる神経テンプレートは、脊椎動物の進化の夜明けにすでに存在していました。

実験は、雌雄の成体川ヤツメウナギ (Lampetra fluviatilis) 50 匹と若い成体ウミウナギ (Petromyzon marinus) 6 匹で行われました。実験手順は、欧州議会の指令 2010/63/EU に従って、ビーゴ大学実験室動物使用委員会の監督の下、地元の倫理委員会 (ストックホルムの Norra Djurförsöksetiska Nämnd) および Xunta de Galicia によって承認されました。科学目的で使用される動物の保護に関するスペインの規制 RD 53/2013。動物は、豊かな環境と継続的に曝気され濾過された水を備えた水族館で飼育されました。苦痛を最小限に抑え、使用される動物の数を減らすためにあらゆる努力が払われました。

無傷の動物（N = 9）の前庭刺激（VOR）によって引き起こされる代償性眼球運動を分析するために、動物の視野を妨げない金属製のアームが取り付けられたビデオカメラを備えた透明なチャンバーを使用しました（Grasshopper3、 GS3-U3-23S6M-C、FLIR Systems、ウィルソンビル）。部屋の直径は、動物が正常に呼吸できるほど十分な広さでしたが、泳ぐことができないほど十分に狭かったです。チャンバーのサイズは、数匹の動物からの平均サイズのデータに基づいており、これらの実験に使用されるものは、このチャンバー内の前述の条件下に適合するサイズに基づいて選択されました。チューブを通気冷水で満たし、動物をチューブ内への配置を容易にし、ストレスを最小限に抑えるために、ある用量のメタンスルホン酸トリカイン（MS-222; 80 mg/L; Sigma-Aldrich）で軽く麻酔しました。動物が麻酔から回復したら、ロール、ピッチ、ヨー面での一連の素早い前庭刺激を暗闇の中で実行し、同時に誘発された VOR 眼球運動を記録しました。ストレスを最小限に抑えるために実験の合計時間は 2 ～ 3 分とし、その後動物を水槽に戻しました。これらの実験の一部 (N = 3) では、前庭器官と位置合わせされたチャンバーに加速度計が取り付けられ、前庭刺激の運動学を取得して、ヤツメウナギの目によって実行される補償のゲインを計算するために使用できました。この目的のために、ADXL335 加速度計 (Arduino、マサチューセッツ州サマービル) が回転プラットフォームに取り付けられました。これにより、いつでもヤツメウナギの正確な位置を取得することができ、頭と目の位置を比較することが可能になりました。

目の動きを追跡するために、ディープニューラルネットワークによる転移学習に基づいてモーションキャプチャを実行する Python ソフトウェアパッケージである DeepLabCut 2.251 を使用し、取得したデータをカスタム Matlab R2020b スクリプトを使用して分析しました。ビデオを分析するために、最初の 4 つのラベルが各ビデオからランダムに選択された 20 フレームの記録された目に配置され、推定された軌跡が平均化されて誤差が最小限に抑えられます。呼吸や前庭刺激への反応による小さな動きを差し引くために、ラベルも体内に貼られました。次に、ネットワークがトレーニングされ、トレーニングが評価されると、ビデオが分析されてラベル、つまり目の軌跡が抽出されました。これらのデータは、目の動きの実際の振幅を抽出するために使用され、ヤツメウナギの目の X 軸と Y 軸の直径がミリメートル単位で測定され、ビデオ録画の画像解像度とピクセル単位で比較され、信頼性の高い変換指標が提供されました。カメラで記録された眼球運動の振幅は、結果的にミリメートルに変換されました。ヤツメウナギの目の直径を確立したら、VOR と OKR の動きの角変位を三角関数に基づいて取得できます。

動物を透明な部屋に入れると、通常、動物が本能的に部屋の壁に口を付け、頭を安定させ、VORと眼振を行動的にテストできるようになりました。しかし、視覚情報と前庭情報の相対的な寄与を分析するには、いくつかの実験パラダイムを適用する必要があり、無傷の動物では実行できませんでした。そこで、ヤツメウナギの脳と吻側脊髄を目と前庭器官とともに分離して調製したものを使用することにしました。これにより、外眼筋の筋電図記録を介して眼球運動を監視し、視覚前庭統合をテストしたり、さまざまな脳領域を記録して不活性化することが可能になりました。このために、まず MS-222 (100 mg L-1; Sigma) で深く麻酔した動物の頭部を切断し、次に以下を含む (mM) を含む氷冷した人工脳脊髄液 (aCSF) 溶液に浸しました。 NaCl、2.5 KCl、2 CaCl2、1 MgCl2、10 グルコース、および 25 NaHCO3、95% (vol/vol) O2/5% CO2 で飽和。背部の皮膚と軟骨が除去されて脳が露出され、内臓と外眼を除くすべての筋肉が除去されて動きを回避し、目と耳嚢（前庭器官が位置する場所）を無傷に維持しました。正常な眼球運動が準備中に保存され、外眼筋で記録されたEMGが実際の眼球運動に対応していることを確認するために、強度を増加させてAONで電気刺激を実行し、眼球運動を監視し、同時に背直筋で記録しました（補足図） . 1）。

調整された視覚刺激と前庭刺激に応答して細胞外および筋電図の記録を可能にするために、調整されたプレゼンテーションを可能にする 2 つのスクリーンの間に配置されたロール面内の眼脳迷路標本 (上記参照) の前庭刺激を可能にする傾斜装置を構築しました。視覚的な刺激のこと。プラットフォームはサーボモーターを介して移動し、角度と速度はマイクロコントローラーボード (Arduino Uno) で制御されました。視覚刺激は、Psychophysics Toolbox バージョン 3 の拡張機能 62,63 を使用して Matlab R2020b で書き込まれ、別のマイクロコントローラーボードが Matlab に従属して、その出力が視覚刺激、傾斜プラットフォーム、および電気生理学的記録を調整するために使用されるようになりました。上記の調製物を、6〜8℃でaCSFを継続的に灌流する透明な冷却チャンバー内に固定し、ペルチェプレートに接続された金属シリンダーに挿入された傾斜プラットフォームに置き、チャンバーの温度を維持しました。プレパラートは、前庭刺激がロール面内にあり、並進運動を避け、プレパレーションとスクリーンの距離が 9 cm の両側に配置された 2 つのスクリーンの中心に面するように、プラットフォームの回転軸と位置合わせされ、提示された刺激が確実にカバーされるようにしました。視野全体。

すべての実験は暗闇の中で行われたため、唯一の光源は視覚的な刺激でした。視覚刺激は、各画面上で垂直軸に沿って反対方向に移動する水平バーで構成されます (つまり、右目に表示されるバーが上から下に移動すると、左目の前のバーは下から上に移動します)。ヨーおよびピッチの OKR 応答を分析するために、バーの方向も調整されました。

視覚前庭統合を分析するために、ロールプレーンでの前庭刺激のみ（スクリーンはオフ）、視覚のみ（準備は水平に保たれた）および視覚前庭刺激（プラットフォームの傾斜と視覚刺激の組み合わせ）のみを適用しました。これらのパラダイムは、4 つの異なる条件下でテストされました: 低振幅 - 低速 (5.8°; 48.7°/s)、低振幅 - 高速 (5.8°; 112.94°/s)、高振幅 - 低速 (22.7°; 48.7°) /秒）、高振幅—高速（22.7°; 112.94°/秒）。角度は、プラットフォームの最大傾斜を指し、角速度はそのような傾斜の速度および／または視運動刺激の速度を指す。各パラダイム (VIS、VES、および VISVES) を、各条件 (低振幅 - 低速、低振幅 - 高速、高振幅 - 低速、および高振幅 - 高速) で各動物に 3 回適用しました。 VES および VISVES プロトコルの平均加速度は、低速では 305.75 ± 112.79 deg/s2、高速では 915.73 ± 324.58 deg/s2 でした。これは、行動研究で使用された加速度計をプラットフォームに取り付け、その運動ダイナミクスを取得することによって計算されました。記録電極は、ロールおよびピッチの記録のために背側直筋に配置され、ヨー面の尾側直筋に配置され、実験が終了するまで維持された。電極を配置した後、準備は、適用されたすべての刺激の背景として使用される白いスクリーンで少なくとも 30 分間放置されました。試行間は 2 分とし、適応を最小限に抑え、準備の興奮性の変化の可能性を補償するために、VIS、VES、および VISVES 刺激の提示をランダム化しました。各動物に対して実行される反復回数は、十分なデータを取得しながら実験時間を最小限に抑え、同様の単離された調製物を使用した以前の研究の経験に基づいて調製物の実行可能性を確保するように選択されました25、26、27。特定のプロトコルに対する EMG 応答は、一般に各動物で同様の動態を示しました。これにより、製剤の神経完全性が何らかの形で損傷した試験を特定することができ、その場合は実験が終了します。

筋肉および/または神経活動を記録するために、差動 AC アンプ、モデル 1700 (AM システム) に接続されたタングステン微小電極 (約 1 ～ 5 MΩ) を使用しました。信号は、pClamp (バージョン 10.2) ソフトウェアを使用して 20 kHz でデジタル化されました。タングステン微小電極は、振動を避けて調製物と一緒に回転するように、傾斜プラットフォームにしっかりと固定されたマイクロマニピュレーターを使用して配置されました。場合によっては、プレパラートの目の動きを監視するために、プラットフォームにビデオカメラを取り付けました。

尾側および吻側の細胞外眼筋と一対の腹側根の同時記録を実行して、移動中の視線の安定性を評価するために、目および脊髄の大きな部分とともに脳を露出する準備を使用しました。このために、MS-222 (100 mgL-1; Sigma) で動物を深く麻酔し、第 2 鰓口 (腹部の位置からほぼ) まで尾側 50 ～ 60 mm で体を切断しました。次に、氷冷した人工脳脊髄液 (aCSF) に浸し、背側の皮膚と軟骨を除去して脳と脊髄を露出させ、内臓とすべての筋肉を除去しました。視神経を切断し、視覚および前庭への影響を避けるために迷路を除去した。タングステン微小電極（約 1 ～ 5 MΩ）を使用して筋活動を記録し、一方、aCSF を充填した垂直プーラー（モデル PP-830、Narishige）を使用したホウケイ酸ガラス（HilgenbergGmbH）製の吸引電極を使用して腹側の両側活動を記録しました。脊髄の根元。吸引電極は、差動 AC アンプ、モデル 1700 (AM システム) に接続されました。

標的病変は、目とOKRの実行に関与する外眼筋核の間の視覚情報の一次中継点を特定するために実行されました。視蓋を不活性化するために、視蓋をちょうど尾側で視蓋を切断し、この構造への網膜入力を排除した。蓋に網膜線維がないことを確認するために、実験の最後にニューロビオチン注射を蓋前レベルで視路に行い、解剖学的管追跡のために以下に記載するように脳を処理した。視交叉における標識は、注入が視神経路内で行われたことを確認するための基準として使用された。直腸前病変は鋭角に切断することによって行われ、パリウムを不活化するために同じ戦略が使用されました。蓋の完全性を維持しながら蓋前を不活性化するために、薬理学的不活化も実行されました（以下を参照）。

ヤツメウナギを MS-222 で深く麻酔し、第 7 えらのレベルで切断しました。頭部を aCSF 溶液に浸し、先端直径 10 ～ 20 μm のガラス製マイクロピペット (ホウケイ酸塩; 外径 = 1.5 mm、内径 = 1.17 mm; Hilgenberg) を使用して注射を行いました。マイクロピペットを空気供給源とマイクロマニピュレーター（モデル M-3333、Narishige）に取り付けられたホルダーに固定し、Fast Green（Vector Laboratories）を含む aCSF 中のニューロビオチン 20%（wt/vol）50 ～ 200 nL を加えて、視覚化を支援しました。トレーサーは眼球運動核または前/中間八運動運動核に圧力注入されました。注射後、トレーサーを輸送できるように脳を暗所で 4 °C で 24 時間 aCSF に浸漬し、その後脳を切り出し、4% ホルムアルデヒドと 14% 飽和ピクリン酸を含む 0.1 M リン酸緩衝液で固定しました。 PB)、pH 7.4 で 12 ～ 24 時間、PB 中の 20% (wt/vol) スクロース中で 3 ～ 12 時間凍結保護しました。クライオスタットを使用して横断切片 (厚さ 20 μm) を作成し、ゼラチンでコーティングされたスライド上に収集しました。ニューロビオチンの検出には、1% ウシ血清アルブミン (BSA)、0.3% トリトン X 0.1M PB で 100 個。切片を、2.5%ジアザビシクロオクタンを含むグリセロール(Sigma-Aldrich)でマウントした。

パッチクランプ実験のために眼球運動核に投影している AON ニューロンを標識するために、デキストランアミン-テトラメチルローダミン (3 kDa; 生理食塩水中 12%; Molecular Probes) を、峡部領域のレベルで nIII に投影している AON 管に片側から圧力注入しました。。このために、淡水で希釈したMS-222（100 mg・L-1）で動物を深く麻酔し、手術中および注射中、動物全体をMS-222（80 mg・L-1）を含むaCSFに浸しました。 ) 動物が確実に麻酔された状態に保たれるようにするため。次に、吻側脳幹のすぐ上の皮膚と筋肉を切開し、軟骨を開いて脳を露出させました。注射後、背部の皮膚を縫合し、トレーサーを輸送できるように動物を水槽に48〜72時間戻しました。次に、脳を解剖し、パッチクランプ記録用に処理しました (以下を参照)。

全細胞電流クランプ記録は、刺激のために前蓋を維持し、記録のためにAONニューロンを露出させた厚いスライスで実行されました。このために、脳全体を寒天（aCSF中4％）に包埋し、脳を含む寒天ブロックを金属プレートに接着し、すぐに氷冷したaCSFに移し、振動ミクロトーム（Microm HM 650）を使用してスライスを切り出しました。 V; サーモサイエンティフィック)。その後、寒天ブロックを浸漬記録チャンバーに設置した。

全細胞電流固定記録は、ホウケイ酸ガラス（Hilgenberg GmbH）製のパッチピペットを使用して実行され、垂直プーラー（モデル PP-830; Narishige）を使用して取得されました。以下の組成 (mM) の細胞内溶液を満たした場合、記録ピペットの抵抗は 7 ～ 10 MΩ でした: 130 グルコン酸カリウム、5 KCl、10 ホスホクレアチン二ナトリウム塩、10 HEPES、4 Mg-ATP、0.3 Na-GTP ; (浸透圧 265 ～ 275 mOsmol)。場合によっては、電極溶液には活動電位をブロックするために 2 mM 臭化トリエチルアンモニウム (QX314; Sigma-Aldrich) が含まれていました。ブリッジバランスおよびピペット容量補償は、ソフトウェア制御「PClamp 10.2」(Molecular Devices)の下で、MultiClamp 700BパッチアンプおよびDigidata 1322アナログデジタルコンバータを使用するために調整されました。標本には 6 ～ 8°で aCSF を絶えず灌流しました。

前蓋/視神経路の刺激は、刺激分離ユニット (MI401; ケルン大学動物研究所) に接続された、パッチ記録に使用したのと同じホウケイ酸ガラス製マイクロキャピラリーを使用して実行されました。 PSP を誘発するために、刺激強度は閾値強度 (通常 10 ～ 100 μA) の 1 ～ 2 倍に設定されました。

視覚や前庭の影響を受けずに水泳に反応した目の動きを分析するために、体の残りの部分を無傷のままにして、脳と目を露出させた半無傷の準備を使用しました。このために、淡水で希釈したMS-222（100 mg·L-1）で動物を麻酔し、動物の頭部の背部の皮膚、筋肉、軟骨を除去し、脳、耳嚢、視神経と迷路を解剖し、目を監視できるようにするために、目は露出されました。準備を回復するまで放置し、顕微鏡に接続されたビデオカメラを使用して、自発的および誘発された水泳エピソード（尾を鉗子で軽くつまむことによる）を眼球運動とともに記録した。眼球運動システムが無傷であることを確認するために、すべての準備について、自発的および視道の電気刺激によって誘発された眼球運動を監視しました。目と尾の動きは、上記のように DeepLabCut を使用して追跡されました。 4 つのラベルを各目に配置し、2 つのラベルを動物の吻側体に配置してデータを平均化し、目と体の推定軌跡の誤差を最小限に抑えました。

ヨー面に大振幅の前庭刺激を適用するために、速度と振幅を制御できるように、Arduino 経由で制御されるサーボモーターによって移動するプラットフォームを開発しました。 VOR 記録 (上記参照) に関しては、動物が泳ぐのを避けるために適切なサイズの透明なチャンバーを回転プラットフォームに固定し、通気した冷水で満たしました。並進運動を避けるために動物の頭部を回転軸に合わせ、ビデオカメラ (Grasshopper3、GS3-U3-23S6M-C、FLIR Systems) を片方の目に向けて配置しました。 180° または 360° の回転をさまざまな速度で適用し、DeepLabCut を使用して目の動きを追跡し、カスタム Matlab スクリプトを使用して分析しました。

EMG記録中に蓋の完全性を維持するOKR仲介における蓋前膜の役割をテストするために、ホルダーに固定されたマイクロピペット（ファストグリーンを含む）を介して圧力注入することにより、グルタミン酸受容体拮抗薬キヌレン酸（4 mM; Sigma-Aldrich）を前蓋に局所的に適用しました。これは、Picospritzer-II マイクロインジェクションディスペンスシステム (Parker) に取り付けられていました。ホルダーはマイクロマニピュレーターに接続されており、ピペットの位置を監視し、正確な薬物注入を保証します。 EMG 記録で眼球運動をモニタリングしながら架空の移動運動を誘発するために、露出した脊髄を脳から分離する分割チャンバーを使用し、N-メチル-D-アスパラギン酸受容体アゴニストである D-グルタミン酸 (0.75 mM、Sigma-Aldrich) を浴内に使用しました。脊髄に適用されます。

顕微鏡写真は、オリンパス BX51 蛍光顕微鏡に取り付けられたデジタルカメラ (オリンパス XM10) を使用して撮影されました。イラストは Adobe Illustrator CC 2019 と GIMP 2.1 (GNU 画像操作プログラム) を使用して作成されました。画像は明るさとコントラストのみを調整しました。光学切片の共焦点 Z スタックは、Zeiss Laser 走査型顕微鏡 510 を使用して取得し、投影画像は Zeiss LSM ソフトウェア、ImageJ 1.53k および GIMP 2.1 を使用して処理しました。

すべての電気生理学的記録について、Matlab でカスタム作成された関数を使用してデータ分析が実行されました。ビデオ録画の場合、位置は DeepLabCut30 を使用して抽出されました。 VOR 刺激中のゲインを計算するために、2 つの異なる戦略が使用されました。一方では、位置ゲインは、特定の時間間隔における頭と目の位置の曲線の下の面積の比率として計算されました。動的ゲインについては、目と頭の速度の比率が 2 つの異なる点間で計算されました 64。どちらの場合も、ゲインは VOR の遅いフェーズ中に計算され、眼振性の速いフェーズの動きを回避しました。眼振の速いフェーズと遅いフェーズの継続時間を定量化するために、Adobe Premiere を使用してフレームごとに分析が行われました。これにより、目の動きの正確な開始位置と終了位置を高レベルの精度で特定することができ、時間ポイントを記録して持続時間と振幅をピクセル単位で測定し、上で説明したように度単位に変換することができました。これらのキーフレーム間で目が移動する距離をピクセル単位で測定して振幅が計算され、上で説明したように角度に変換されます。

EMG と細胞外記録では、スパイクの数が定量化され、さまざまな条件の後に比較されました。最大振幅も測定されました。信号は完全に整流され、振幅を測定する方法としてベースラインからピークまでの距離が計算されました。目の電気刺激に応答して得られた EMG では孤立した単位を抽出できないことを考慮して、振幅と振幅を積分する方法として、台形数値積分 (「trapz」関数) を使用して信号を完全に修正した後、曲線の下の積分を比較しました。信号の持続時間。記録全体の分析では、後続の PSP は以前の応答の減衰段階で開始することが多いため、シナプス減衰を指数曲線でフィッティングして正しい振幅を抽出した後、PSP の振幅を測定しました。各動物で記録された反応は、各パラダイム (VIS、VES、または VISVES) を適用したすべての繰り返し間で非常に一貫していました。ただし、電極の位置と準備の興奮性により、動物間で差異が観察されました。したがって、データは正規化され、すべての値を各動物および各モダリティの最大応答に分割しました。このようにして、各動物および各実験条件（低振幅 - 低速、低振幅 - 高速、高振幅 - 低速、および高振幅 - 高速）ごとに、各感覚モダリティの比率が得られました。次に、データを動物間で平均化し、プロットに表される各感覚モダリティの平均寄与率を取得しました。

統計分析のために、すべてのトレースが従属変数と独立変数ごとにプールされました。分析は SPSS 25 および JASP 0.16 を使用して行われました。場合によっては、刺激の直前または直後に自発的な眼球運動が発生し、分析された反応に明らかに影響を及ぼしました。推定される外れ値を視覚的に検査した後、グラブス検定を使用して重要な外れ値を特定し、統計分析を実行する前に 95% 信頼区間外のデータポイントを削除しました。対応のある T 検定を使用して、α = 0.05 でモダリティ間の信号振幅とスパイクの数を比較しました。図全体を通して、サンプル統計は平均値 ± SD として表されます。グラブの検定による 95% 信頼区間の外にある値はプロットから除外されました。ロール面とピッチ面の視覚的ランプを分析するために、それぞれの刺激増分を因子として反復測定 ANOVA を実行しました。行動試験には線形回帰分析が使用され、ピアソンのコヒーレンス係数を取得して、両目の間の共役性、および平均的な目の動きと尾の動きの間の共役性をテストしました。後者の場合、尾の動きの開始と一致するように、目の位置は時間的に 7 フレーム前方にオフセットされました。代表的な例を示す実行された実験の数は次のとおりです。利得分析 (図 1b ～ d) では、3 つの平面の前庭刺激を 3 匹の動物に適用しました。各平面刺激について 3 回の反復を動物ごとに分析しました。ニューロビオチン注射は、3匹の動物のnIII（図5）と4匹の動物のAON（図7b〜f）に行われました。眼振実験は 3 匹の動物で実施されました (図 8)。半完全な標本における運動誘発性眼球運動の存在を分析する実験は、6 匹の動物で実施されました (図 9)。統計的有意性は次のように示されます: *P < 0.05、**P < 0.01、***P < 0.001。

研究デザインの詳細については、この記事にリンクされている Nature Research レポートの概要をご覧ください。

ソースデータはこの論文に付属しており、追加の生データ 65 とともに次のリンク (https://doi.org/10.5281/zenodo.6628365) からダウンロードできます。さらなる情報やリクエストは責任著者に宛ててください。

電気生理学的記録と連携して視覚および前庭刺激を分析および表示するために使用されるコードは、次のリンクからダウンロードできます: (https://doi.org/10.5281/zenodo.6628365)65。さらなる情報やリクエストは責任著者に宛ててください。

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原稿に関する貴重なコメントをくださったアブデル・エル・マニラ教授とブリタ・ロバートソン博士、ビデオカメラについてはロベルト・デ・ラ・トーレ氏、そしてDeepLabCutのセットアップについてはロイ・カレラ・ブー氏に感謝します。この研究は、スウェーデン医学研究評議会 (VR-M-K2013-62X-03026、VR-M-2015-02816、VR-M-2018-02453 to SG、および VR-M-2019-01854 to JP) の支援を受けました。 F.)、Proyectos I + D + i PID2020-113646GA-I00、MCIN/AEI/ 10.13039/501100011033 および「ERDF A way of Making Europe」（JP-F. 宛）、Ramón y Cajal 助成金 RYC2018-024053 によって資金提供されました。 -MCIN/AEI/10.13039/501100011033、および「ESF Investing in your Future」（JP-F.へ）、Xunta de Galicia（ED431B 2021/04 to JP-F.）、EU/FP7 Moving Beyond 助成金 ITN から資金提供を受けました。 -No-316639、欧州連合第7次枠組みプログラム(FP7/2007-2013)、助成契約no.604102 (HBP)、EU/Horizon 2020 no.720270 (HBP SGA1)、no. 785907 (HBP SGA2) およびいいえ。 945539 (HBP SGA3) から SG、CINBIO、Gösta Fraenckel Foundation for Medical Research FS-2020:0004 (to TW)、Sigvard and Marianne Bernadotte Research Foundation for Children's Eye Care、およびカロリンスカ研究所。

カロリンスカ研究所、神経科学部門、ストックホルム、スウェーデン

トビアス・ウィブル、ステン・グリルナー、フアン・ペレス・フェルナンデス

臨床神経科学部門、マリアンヌ・ベルナドット・セントラム、聖エリック眼科病院、カロリンスカ研究所、ストックホルム、スウェーデン

トビアス・ウィブル & トニー・パンセル

CINBIO、ビーゴ大学、神経回路グループ、ラゴアス大学キャンパス、マルコセンデ、36310、ビーゴ、スペイン

フアン・ペレス・フェルナンデス

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TWとJP-F。研究を考案し、実験を設計して実行しました。 SG は理論的枠組みに貢献し、重要なフィードバックを提供し、機器と材料を提供しました。 TP は財政的支援と監督を提供しました。 JP-F. TWTWとJP-Fからの意見をもとにフィギュアをデザインしました。分析を実行し、結果を解釈し、すべての著者からの意見をもとに原稿を書きました。

フアン・ペレス・フェルナンデスへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

Nature Communications は、この研究の査読に貢献してくれた Bernd Fritzsch と他の匿名の査読者に感謝します。査読者レポートが利用可能です。

発行者注記 Springer Nature は、発行された地図および所属機関の管轄権の主張に関して中立を保っています。

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転載と許可

Wibble, T.、Pansell, T.、Grillner, S. 他視覚前庭注視制御における皮質下処理の保存。 Nat Commun 13、4699 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41467-022-32379-w

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受信日: 2021 年 8 月 10 日

受理日: 2022 年 7 月 27 日

公開日: 2022 年 8 月 10 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-022-32379-w

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