ヒトにおけるグラビト腸の手がかりの神経処理II偏心回転中の半円形管の影響

耳石臓器を含むすべての線形加速度計は、重力と線形加速に同等に反応します。神経系がこのあいまいさをどのように解決するかを調査するために、2つの異なる遠心運動パラダイム（固定半径と可変半径）と2つの異なる被験者の方向（顔の運動と逆 - 後部 - を組み合わせた2つの異なる遠心運動パラダイム（固定半径と可変半径）を使用して、暗闇の中で人間の知覚されたロールチルトと反射目の動きを測定しました。トゥモーション）。固定された半径の試験では、被験者が座っていた半径が一定に保持され、回転速度が変化して遠心力の変化が生じました。可変半径の試験では、回転速度が一定に保たれ、半径は変化して、固定半径条件中に測定した複製をほぼ複製する遠心力を生成しました。耳石器官によって測定された総重力腸力（GIF）は、2つのパラダイムでほぼ同一でした。主な違いは、ヨー回転キューの存在（固定半径）または不在（可変半径）でした。ヨーの回転キューは、知覚された傾きの時間経過に大きな統計的に有意な効果があることを発見し、ヨーの回転キューがロールチルトの神経処理に大きく寄与することを示しています。また、中心性加速度に対する被験者の方向は、固定された半径遠心分離中に測定された眼の動きに劇的な影響を与えることがわかりました。具体的には、私たちの人間の被験者で測定された水平前庭反射（VOR）は、被験者が固定された半径回転中に動きに向かって背中を持っているときよりも、被験者が動きの方向に直面したとき、常に大きくなりました。この違いは、遠心加速度によって誘発される水平翻訳VOR応答の存在と一致していました。最も重要なことは、眼球運動の反応に対する知覚的傾斜応答を比較することにより、翻訳VOR成分がGIFの傾きと整合すると翻訳VOR成分が減衰することを発見しました。これは、応答の時間経過がこれらの2つの条件で大幅に異なっていたにもかかわらず、固定半径と可変の半径条件の両方に当てはまりました。これらの発見は、神経系がGIFの曖昧な測定値が重力と線形加速の神経推定値に分解されるという仮説と一致しています。より一般的には、これらの発見は、神経系が内部モデルを使用して感覚運動の手がかりを処理および解釈するという仮説と一致しています。

All linear accelerometers, including the otolith organs, respond equivalently to gravity and linear acceleration. To investigate how the nervous system resolves this ambiguity, we measured perceived roll tilt and reflexive eye movements in humans in the dark using two different centrifugation motion paradigms (fixed radius and variable radius) combined with two different subject orientations (facing-motion and back-to-motion). In the fixed radius trials, the radius at which the subject was seated was held constant while the rotation speed was changed to yield changes in the centrifugal force. In variable radius trials, the rotation speed was held constant while the radius was varied to yield a centrifugal force that nearly duplicated that measured during the fixed radius condition. The total gravito-inertial force (GIF) measured by the otolith organs was nearly identical in the two paradigms; the primary difference was the presence (fixed radius) or absence (variable radius) of yaw rotational cues. We found that the yaw rotational cues had a large statistically significant effect on the time course of perceived tilt, demonstrating that yaw rotational cues contribute substantially to the neural processing of roll tilt. We also found that the orientation of the subject relative to the centripetal acceleration had a dramatic influence on the eye movements measured during fixed radius centrifugation. Specifically, the horizontal vestibuloocular reflex (VOR) measured in our human subjects was always greater when the subject faced the direction of motion than when the subjects had their backs toward the motion during fixed radius rotation. This difference was consistent with the presence of a horizontal translational VOR response induced by the centripetal acceleration. Most importantly, by comparing the perceptual tilt responses to the eye movement responses, we found that the translational VOR component decayed as the subjective tilt indication aligned with the tilt of the GIF. This was true for both the fixed radius and variable radius conditions even though the time course of the responses was significantly different for these two conditions. These findings are consistent with the hypothesis that the nervous system resolves the ambiguous measurements of GIF into neural estimates of gravity and linear acceleration. More generally, these findings are consistent with the hypothesis that the nervous system uses internal models to process and interpret sensory motor cues.