目は真夜中と正午で同じように世界を見ているわけではない。脳も同様である。マンチェスター大学の研究者らによる新しいプレプリントは、脳の内部概日時計が視覚系の自己通信方法を能動的に再配線し、昼夜に合わせて神経コードを調整していることを示している。7月28日にbioRxivで公開されたこの研究は、概日リズムが受動的な背景プロセスではなく、瞬間的な知覚を能動的に形成するものであるという最も明確な証拠を提供している。
この発見は驚くべき場所からもたらされた。視床深部に埋め込まれた小さな中継局である背側外側膝状体（dLGN）である。ほとんどの教科書の図はdLGNを単なる交換機、つまり網膜から一次視覚皮質へ信号を伝達するだけでほとんど何も付け加えない受動的な中継器として扱っている。マンチェスターのチームのデータは、その見解が誤りであることを示唆している。覚醒して自由に行動するマウスに無線電気生理学を用いて、彼らは完全な概日周期にわたってdLGNから直接神経活動を記録し、教科書が決して予測しなかったことを発見した。すなわち、この核の自発発火率は正確な日次スケジュールで増減し、動物が明所か暗所かに関わらず主観的な日の後半にピークに達する。
このベースライン活動の変化が重要なのは、自発発火が視覚信号が描かれるキャンバスだからである。キャンバス自体が明るくなったり暗くなったりすると、同じ視覚入力でも非常に異なる神経応答を生み出す可能性がある。そして研究者らが観察したのはまさにそれであった。しかし、概日効果は単なる音量調節ノブではない。dLGNニューロンの基本的な同調特性（配向、コントラスト、空間周波数に対する感度）は、昼夜を問わず顕著に安定している。ニューロンは昼でも夜でも同じ種類の視覚特徴を好む。変化するのは何に反応するかではなく、いかに効率的に符号化するかである。
ここでこの研究の2番目の主要な発見が焦点となる。マンチェスターのチームは情報理論のツールを適用して、各活動電位が異なる概日相で何ビットの視覚情報を運ぶかを正確に定量化した。彼らは概日系が文脈依存的に視覚コードを再構成することを発見した。高コントラスト条件下では、dLGNニューロンは夜間により効率的な符号化戦略を採用し、日中よりもスパイクあたりの情報量を増やした。低コントラスト条件下では、その効率上の利点は消失した。
この含意は明快である。ヒトとマウスが移動する視覚世界は、夜明けと正午では大きく異なる。影は深く、輪郭は柔らかく、コントラストは低い。すべての照明条件を同じように扱う感覚系は、良くてもエネルギーを浪費し、悪ければ世界を誤って表現している。dLGNが代わりに行っているのは、視覚シーンの統計に符号化戦略を合わせることであり、概日時計がそのマッチングの大まかなスケジュールを提供している。脳は光のレベルが変化してからコードを調整するのを待たない。太陽が沈む前から変化を予測し、異なる動作条件に備えて視覚中継器を準備している。
この効果が真に概日的であり、単なる光や暗闇への曝露への応答ではないことを確認するために、研究者らは重要な対照実験を行った。彼らは光遺伝学を用いて網膜視蓋伝達を抑制し、網膜からdLGNへの入力を実質的に遮断した。網膜入力が遮断されても、自発活動の概日変調は持続した。これらの変化を駆動する時計は視床内部にあり、少なくとも入力される視覚ドライブからは独立している。この発見は、概日制御の位置を従来考えられていたよりも脳の深部へと押し広げ、他の感覚中継器にも同様のメカニズムが存在する可能性を示唆している。
確認されれば、その影響は視覚を超える。同じ種類の概日再構成が聴覚視床、体性感覚視床などでも機能する可能性がある。視床中継器を通過するすべての感覚系は、世界の符号化方法を変化させる内蔵の日次リズムを持つかもしれない。これは、脳の内部時計が睡眠覚醒サイクル、ホルモン放出、代謝を支配するだけでなく、知覚そのものを能動的に形成し、単に覚醒して見えるかどうかだけでなく、視覚系が目前のものを実際にどのように処理するかを決定することを意味する。
この研究はプレプリントであり、まだ査読を受けていない。また知見はマウスから得られたものであり、ヒトからのものではない。マウスの視覚系はヒトのものといくつかの重要な点で異なっている。マウスは視力がはるかに低く、色覚が限られており、dLGNの構成も霊長類とは異なる。同じ概日再構成がヒトの視床でも起こるかどうかは未解決の疑問であるが、概日時計の基本的な生物学は哺乳類間で高度に保存されている。この研究は部分的には相関的でもあり、光遺伝学実験が自発活動変化の概日起源について強力な因果的証拠を提供している一方で、時計遺伝子をdLGNの神経発火に結びつける分子メカニズムはまだ特定されていない。
それでも、これは分野が理解していると思っていた構造についての考え方を変えるような論文である。dLGNは中継局であるとされてきた。しかし、そこには独自の時計があり、昼も夜も刻み続け、視覚が皮質に語りかける言語を静かに書き換えているのである。
出典： Pienaar A, Rodgers J, Storchi R, Allen AE. Circadian modulation of visual coding in the dorsal lateral geniculate nucleus. bioRxiv, 2026年7月28日. DOI: 10.64898/2026.07.24.740496. CC-BY 4.0. Wellcome Trustの助成を受けた。
雅子 訳