グローバルな視覚運動に反応するニューロンは、ハチドリにユニークなチューニング特性を持っています

グローバル視流に応答する動物の視覚システムのニューロンは、運動方向および/または速度の選択性を示します。哺乳類で視神経骨の核として知られている鳥類の中脳脳（LM）は、グローバルな運動処理の重要な核です[1-4]。テストされたすべての動物で、ニューロンではなくLMの大部分がトイレナサル（背面に戻る）動き[4-11]に調整されていることがわかっています。さらに、視神経系応答の単眼のゲインは、この方向において、鼻腔内の（前後の）動きと比較して高くなっています[12、13]。ハチドリは、ホバリング中に小さな視覚摂動に敏感であり、あらゆる方向の視流を補うために漂流します[14]。興味深いことに、LMは他の視覚核ではなく、他の鳥と比較してハチドリで肥大しており[15]、グローバルな視覚運動の知覚の強化を示唆しています。細胞外記録技術を使用して、他の四脚と同様に、ゼブラフィンチとハトLM集団は、アンナのハチドリのLMに好ましい方向の均一な分布があることがわかりました。さらに、ニューロンではなくLMは、一般に「高速」または「遅い」動き[10、16、17]に調整されていると分類され、ほとんどのニューロンがゆっくりとホバリングの適応として視覚運動を遅くするように調整されると予測しました。ただし、反対の結果が見つかりました。ほとんどのハチドリLMニューロンは、ゼブラフィンチやハトと比較して、速いパターンの速度に合わせて調整されています。集合的に、これらの結果は、ホバリング中の迅速な反応における役割を示唆しており、ハチドリの前方飛行中の速度制御と衝突回避においても示唆されています。

Neurons in animal visual systems that respond to global optic flow exhibit selectivity for motion direction and/or velocity. The avian lentiformis mesencephali (LM), known in mammals as the nucleus of the optic tract (NOT), is a key nucleus for global motion processing [1-4]. In all animals tested, it has been found that the majority of LM and NOT neurons are tuned to temporo-nasal (back-to-front) motion [4-11]. Moreover, the monocular gain of the optokinetic response is higher in this direction, compared to naso-temporal (front-to-back) motion [12, 13]. Hummingbirds are sensitive to small visual perturbations while hovering, and they drift to compensate for optic flow in all directions [14]. Interestingly, the LM, but not other visual nuclei, is hypertrophied in hummingbirds relative to other birds [15], which suggests enhanced perception of global visual motion. Using extracellular recording techniques, we found that there is a uniform distribution of preferred directions in the LM in Anna's hummingbirds, whereas zebra finch and pigeon LM populations, as in other tetrapods, show a strong bias toward temporo-nasal motion. Furthermore, LM and NOT neurons are generally classified as tuned to "fast" or "slow" motion [10, 16, 17], and we predicted that most neurons would be tuned to slow visual motion as an adaptation for slow hovering. However, we found the opposite result: most hummingbird LM neurons are tuned to fast pattern velocities, compared to zebra finches and pigeons. Collectively, these results suggest a role in rapid responses during hovering, as well as in velocity control and collision avoidance during forward flight of hummingbirds.