下側頭回

物体から反射した光線から得られる光エネルギーは、眼の網膜の細胞によって化学エネルギーに変換されます。この化学エネルギーは活動電位に変換され、視神経を通って視交叉を横切って伝達され、そこで最初に視床の外側膝状体核によって処理されます。そこから情報は一次視覚野、領域V1に送られます。その後、後頭葉の視覚野から頭頂葉と側頭葉に、2つの異なる解剖学的経路を通って伝わります。 [ 10 ^{]これらの}2つの皮質視覚システムは、UngerleiderとMishkin（1982、2ストリーム仮説を参照）によって分類されました。^{[ 11 ]} 1つの経路は腹側を下側頭皮質に伝わり（V1からV2、次にV4を通ってITCへ）、もう1つの経路は背側を後頭頂皮質に伝わります。これらはそれぞれ「何」ストリームと「どこ」ストリームと呼ばれています。下側頭皮質は腹側ストリームから情報を受け取りますが、これは当然のことです。なぜなら、下側頭皮質はパターン、顔、物体の認識に不可欠な領域であることが知られているからです。^{[ 12 ]}

IT皮質の単一細胞レベルでの理解と、色や形の視覚情報に基づいて物体を識別したり視覚野を処理したりするために記憶を利用するその役割は、神経科学では比較的新しいものです。初期の研究では、側頭葉と脳の他の記憶関連領域（海馬、扁桃体、前頭前皮質など）との細胞接続が示されました。これらの細胞接続は最近、記憶の独自の要素を説明することがわかっており、独自の単一細胞が特定の独自のタイプ、さらには特定の記憶に結び付けられる可能性があることを示唆しています。IT皮質の単一細胞理解に関する研究は、これらの細胞の多くの説得力のある特徴を明らかにしています。記憶の選択性が似ている単一細胞は、IT皮質の皮質層全体に集まっています。側頭葉ニューロンは最近、学習行動を示し、長期記憶に関連している可能性があることが示されています。また、側頭葉内側部の求心性ニューロンの影響により、IT皮質内の皮質記憶は時間とともに強化される可能性が高い。

IT皮質の単一細胞に関するさらなる研究は、これらの細胞が視覚系経路に直接つながっているだけでなく、反応する視覚刺激を意図的に選択していることを示唆している。つまり、特定のケースでは、IT皮質の単一細胞ニューロンは、視野内に点やスリットといっ​​た単純な視覚刺激が存在する場合には反応を開始しないが、複雑な物体が配置されると、IT皮質の単一細胞ニューロンに反応が開始される。これは、IT皮質の単一細胞ニューロンが視覚刺激に対して固有の特異的な反応を示すという点で関連しているだけでなく、個々の単一細胞ニューロンが特定の刺激に対して特異的な反応を示すという証拠となる。同じ研究では、IT皮質のこれらの単一細胞ニューロンの反応の大きさは色や大きさによって変化せず、形状によってのみ影響を受けることも明らかになった。これにより、特定のITニューロンが顔や手の認識に関与しているという、さらに興味深い観察結果が得られた。これは、相貌失認などの神経疾患との関連性や、人間の手の複雑さと魅力を説明する可能性という点で非常に興味深い。この研究から得られた追加研究では、IT皮質に関与する「顔ニューロン」と「手ニューロン」の役割について、より詳細な分析が行われている。

IT皮質の単一細胞機能の意義は、視覚系の大部分を処理する外側膝状体経路に加えて、別の経路が存在することである。これは、通常の視覚経路に加えて、視覚情報処理にどのような利点があるのか​​、また、追加の視覚情報処理には他にどのような機能単位が関与しているのかという疑問を提起する。^{[ 13 ]}

色と形の情報は、主に錐体から情報を受け取るP細胞から得られるため、主に桿体から動きに関する情報を受け取るM細胞とは対照的に、形と色の違いに敏感です。下側頭皮質（下側頭視覚連合皮質とも呼ばれる）のニューロンは、P細胞からのこの情報を処理し、処理します。^{[ 14 ]} ITCのニューロンには、この領域がパターン認識に不可欠である理由を説明するいくつかの独自の特性があります。視覚刺激にのみ反応し、受容野には常に網膜で最も密度の高い領域の1つであり、鋭敏な中心視覚を担う中心窩が含まれます。これらの受容野は、線条皮質の受容野よりも大きい傾向があり、多くの場合、正中線を越えて広がり、2つの視覚半視野を初めて統合します。ITニューロンは刺激の形状や色に選択性があり、通常は単純な形状よりも複雑な形状に反応します。それらのごく一部は顔の特定の部位に選択的に反応する。顔や恐らく他の複雑な形状は、細胞群全体の活動のシーケンスによってコード化されているようで、IT細胞は経験に基づいて視覚刺激に対する短期記憶と長期記憶の両方を示すことができる。^{[ 15 ]}

ITC（情報処理センター）内には、何かが「何であるか」という情報を処理・認識するために連携して機能する複数の領域が存在する。実際、個々の対象物のカテゴリーごとに、異なる領域が割り当てられている。

• 紡錘状回、または紡錘状顔領域（FFA）は、物体よりも顔や身体の認識に関与している。

• 傍海馬場所領域（PPA）は、風景と物体を区別するのに役立つ。

• 体表外側領域（EBA）は、身体部位を他の物体と区別するのに役立つ。
• そして、外側後頭葉複合体（LOC）は、形状とランダムに配置された刺激を区別するために使用されます。

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これらの領域はすべて、海馬と連携して、物理世界の理解の配列を作り出す必要があります。海馬は、将来の使用のために、物体が何であるか、どのような外観をしているかの記憶を保存し、他の物体と比較対照できるようにする上で重要な役割を果たします。物体を正しく認識できるかどうかは、情報を処理、共有、保存する脳領域の組織化されたネットワークに大きく依存しています。Denys らによる研究では、機能的磁気共鳴画像法 ( fMRI ) を使用して、ヒトとマカクザルの視覚形状の処理を比較しました。彼らは、とりわけ、皮質の形状と運動に敏感な領域の間にある程度の重複があるものの、その重複はヒトの方がより明確であることを発見しました。これは、ヒトの脳が、明確な三次元の視覚世界における高度な機能のために、よりよく進化していることを示唆しています。^{[ 17 ]}

相貌失認（顔盲とも呼ばれる）は、顔を認識したり区別したりできない障害です。場所、車、感情の認識など、他の認識障害を伴うことがよくあります。^{[ 18 ]} 1969 年に Gross らが行った研究では、特定の細胞が猿の手の形に選択的であることがわかり、刺激が猿の手に似てくると、これらの細胞がより活発になることが観察されました。数年後の 1972 年に Gross らは、特定の IT 細胞が顔に選択的であることを発見しました。決定的なものではありませんが、「顔選択的」な IT 皮質細胞は、猿の顔認識に大きな役割を果たしていると考えられています。^{[ 19 ]}猿の IT 皮質の損傷の結果に関する広範な研究の後、人間の IT 回の病変が相貌失認を引き起こすという理論が立てられています。ルーベンスとベンソンが1971年に実施した相貌失認患者の生前調査では、患者は視覚的に提示された一般的な物体を完璧に命名できるものの、顔を認識することができないことが明らかになった。ベンソンらが実施した剖検では、下側頭回の一部である右紡錘状回に明確な病変があり、それが患者の症状の主な原因の一つであることが明らかになった。^{[ 20 ]}

1991 年に NL Etcoff らが実施した研究における患者 LH の例から、より詳細な観察ができます。この 40 歳の男性は、18 歳の時に自動車事故に遭い、重度の脳損傷を負いました。回復後、LH は顔を認識したり区別したりすることができず、事故前に見覚えのある顔さえ認識できませんでした。LH や他の相貌失認の患者は、障害があるにもかかわらず、比較的正常で生産的な生活を送ることができる場合が多いです。LH は、一般的な物体、形状の微妙な違い、さらには年齢、性別、顔の「好感度」を認識することができました。しかし、彼らは身長、髪の色、声などの顔以外の手がかりを使用して人々を区別します。非侵襲的な脳画像検査により、LH の相貌失認は下側頭回を含む右側頭葉の損傷の結果であることが明らかになりました。 ^{[ 21 ]}

アルツハイマー病や意味性認知症などの特定の疾患は、患者が意味記憶を統合できないことが特徴であり、その結果、患者は新しい記憶を形成できず、時間の認識が欠如し、他の重要な認知プロセスも欠如します。 Chan ら 2001 は、体積磁気共鳴画像法を使用して、意味性認知症とアルツハイマー病における全体的および側頭葉の萎縮を定量化する研究を実施しました。被験者は、臨床的にそれぞれの疾患のスペクトラムの中間に位置することが選択および確認され、その後、被験者に実施された一連の神経心理学的検査によってさらに確認されました。この研究では、脳回間の境界が「しばしば不明瞭」であるため、下側頭皮質と中側頭皮質を同一のものとして扱いました。^{[ 22 ]}

この研究では、アルツハイマー病において、下側頭葉構造の欠損が病気の主な原因ではないと結論づけている。むしろ、研究対象となったアルツハイマー病患者では、内嗅皮質、扁桃体、海馬の萎縮が顕著であった。意味性認知症に関しては、この研究は「中側頭回および下側頭回（皮質）が意味記憶において重要な役割を果たす可能性がある」と結論づけており、その結果、残念ながら、これらの前側頭葉構造が損傷を受けると、意味性認知症が残る。この情報は、アルツハイマー病と意味性認知症はしばしば同じカテゴリーに分類されるにもかかわらず、非常に異なる疾患であり、関連する皮質下構造に顕著な違いがあることを示している。^{[ 22 ]}

脳性無色覚症は、色を知覚できず、高照度下で十分な視力を得られないことを特徴とする医学的疾患です。先天性無色覚症も同様の特徴を持ちますが、遺伝性であるのに対し、脳性無色覚症は脳の特定の部位の損傷によって生じます。色覚識別に特に重要な脳の部位の一つは、下側頭回です。1995年にヘイウッドらが行った研究は、サルにおける無色覚症に重要な脳の部位を明らかにすることを目的としていましたが、明らかにヒトにおける無色覚症に関連する脳の領域を解明する上で役立っています。この研究では、サルの一群（AT群）はV4より前方の側頭葉に病変を受け、もう一方の群（MOT群）は、ヒトで脳性無色覚症を引き起こす病変と頭蓋内の位置が一致する後頭側頭領域に病変を受けた。この研究は、MOT群は色覚に障害がなかったのに対し、AT群の被験者は全員、脳性無色覚症と診断されたヒトと同様に、色覚に重度の障害があったと結論付けた。^{[ 23 ]} この研究は、下側頭回を含むV4より前方の側頭葉領域が、脳性無色覚症患者において大きな役割を果たしていることを示している。