ジェームズ・A・シモンズ

ジェームズ・A・シモンズはバイオソナー分野の先駆者です。彼の研究には、エコーロケーションを行うコウモリの音響処理に関する行動学的および神経生理学的研究が含まれます。1960年代後半に大学院で研究を始めた頃から現在に至るまで、彼はコウモリのエコーロケーション研究の最前線に立っています。シモンズは1996年に米国音響学会（ASA）のフェローに、2000年にはアメリカ科学振興協会のフェローに選ばれました。2005年には、ASAの動物バイオ音響学における2度目の銀メダルを受賞しました。 ^{[1]彼の現在の役職は、}ブラウン大学神経科学部の教授です。

シモンズは1965年にラファイエット大学で心理学と化学のダブルメジャーで学士号を取得。その後、プリンストン大学で1968年に修士号、1969年に心理学の博士号を取得。大学院時代の研究は、生理音響学の巨匠の一人であるE・グレン・ウェバーの指導の下、コウモリのエコーロケーションの研究でした。当時、エコーロケーションによる空間知覚の基礎となるプロセスは広く受け入れられておらず、大学院でのトレーニング中で最も興奮した瞬間の 1 つは、懐疑的なノーベル賞受賞者のゲオルク・フォン・ベケシーが、ウェバーの研究室を定期的に訪問し、「建物 B」で行動するコウモリを見に来た時でした。シモンズが行ったデモンストレーションにより、ベケシーはコウモリがエコーロケーションを行うことだけでなく、エコーの遅延を利用して目標物までの距離を推定していることを確信しました。数年後になってシモンズは、これがウェバーと当時ロックフェラー大学にいたドナルド・グリフィンによって設計された仕掛けであり、コウモリがエコーロケーションを目標物までの距離を決定するために驚くべき方法で使用していることをベケシーに納得させるために考案されたものであることを知りました。シモンズの博士論文のタイトルは「エコーロケーションを行うコウモリによる目標物までの距離の知覚」でした。博士号を取得した後、シモンズは 2 年間、国立衛生研究所のポスドク研修生としてプリンストン大学に留まりました。

シモンズは1971年にミズーリ州セントルイスのワシントン大学に移り、心理学部に設置された神経科学プログラムの助教授になった後もコウモリのエコーロケーションに関する研究を続けた。1980年から1984年の間、オレゴン州ユージーンのオレゴン大学生物学部および神経科学研究所の教授として教鞭をとり、研究を行った。1984年、シモンズは妻のアンドレアが心理学部の助教授として雇われていたロードアイランド州プロビデンスのブラウン大学に移った。現在、2人ともブラウン大学の神経科学部と心理学部の教授である。

シモンズはコウモリのソナー処理に関する心理物理学的研究を行う方法を開発し、世界中の研究者が幅広い研究課題に取り組むためにこの方法を採用しています。シモンズはコウモリのエコーロケーション信号の電子的に遅延された再生を使用して、コウモリの知覚を研究するためのターゲットエコーをシミュレートした最初の研究者です。彼はこのような「ファントム」ターゲットエコーを使用して、初めてエコーロケーションするコウモリのターゲット距離差識別閾値を測定しました。シモンズはコウモリのソナー距離測定性能を研究するために、エコーロケーションする動物が識別できるエコー遅延の最小差を判定しました。このパラダイムを使用して、シモンズはコウモリが約 1 センチメートルの距離差を識別できると推定しました。これは約 60 マイクロ秒のエコー遅延差に相当します。

シモンズは、エコーロケーションを行うコウモリのソナー距離測定性能の研究を続け、1970 年代後半には、コウモリに一定の遅延でエコーを返すソナー ターゲットと、2 つの遅延を交互に繰り返すエコーを返すターゲットを区別させるという新しい行動課題を導入しました。この実験で、シモンズは、エコーロケーションを行うコウモリが、ターゲット距離の 0.1 mm 未満の変化に相当する、サブマイクロ秒範囲のエコー遅延のジッターを区別できることを発見しました。この結果は、1979 年に Science 誌に「コウモリのソナーにおけるエコー位相情報の認識」として最初に発表され、エコーロケーションを行うコウモリの驚異的な距離測定精度を実証しました。この分野の多くの研究者は、コウモリのソナー システムが超音波周波数でそのような小さな時間差を区別することは生物学的に不可能であると主張し、この報告に異議を唱えました。シモンズは、エコー遅延の小さな変化に対する感度をサポートできる生物学的プロセスを調査するために、この問題に取り組んでいます。

シモンズ氏は行動実験を通じて、エコーロケーションを行うコウモリのソナー受信機における時間によって変化するゲインを実証した。オオコウモリの聴覚感度は、ソナーパルスが発射される前に低下し、その後、ソナー反射の双方向伝送損失を補うために対数的に回復し、約 1.5 メートルの距離にわたって一定のエコー感覚レベルを維持する。これはコウモリにとって機能的に重要であり、コウモリがエコー到着時間を予測し、ターゲットの距離を知らせる手がかりを安定させる。

シモンズは、ソナーによる知覚の理解に貢献しただけでなく、エコーロケーションを行うコウモリの神経生理学的実験も行っています。共著者のアルバート・フェンおよびシェリー・キックと共同で Science 誌に発表した論文の 1 つは、エコーロケーションを行うコウモリの神経生理学の研究に大きな影響を与えました^{[2] 。この論文では、コウモリの}中枢神経系にある聴覚ニューロンの応答特性について説明しています。このニューロンは、生物学的に関連する遅延の限られた範囲で区切られた音のペアに対して促進された応答を示します。これらのニューロンは、「エコー遅延チューニング」または「範囲チューニング」として知られる応答特性を示し、ターゲット距離コーディングの神経基盤となる可能性があります。シモンズと同僚によるこの遅延チューニングされたニューロンの集団に関する発表されたレポートは、その後このトピックについて幅広く発表している菅信夫と彼のグループの最初の論文に先行していました。

過去 5 年間、シモンズ氏は新しい手法を使って、自然な状況で飛ぶコウモリの熱赤外線ビデオ録画を行ってきました。同氏は、コウモリを 3D で観察し、行動中の音を聞くことができるステレオ ビデオ視聴システムを開発しました。これらの研究は、コウモリのエコーロケーション行動に関する私たちの理解に疑問を投げかける新たな発見につながりました。

• 1965年：ラファイエット大学心理学部、ジェームズ・マッキーン・キャッテル賞。
• 1969年:国立衛生研究所研究科学者育成賞
• 1996年：アメリカ音響学会会員に選出
• 2000年：アメリカ科学振興協会フェローに選出
• 2005年：アメリカ音響学会より動物生体音響学銀メダル受賞、「コウモリのエコーロケーションの解明への貢献」

シモンズは、 Science 誌に 8 本、Nature 誌に 2 本、Journal of the Acoustical Society of America (JASA) 誌に 20 本など、権威ある雑誌に 95 本以上の論文を発表しており、多数の論文を発表しています。

• ブラウン大学のシモンズのホームページ