哺乳類の脳で特によく発達している大脳皮質の視覚野は、霊長類で30、齧歯類でも10以上の領野から成ります。領野間を結ぶ多数の神経結合が作られることで、階層性をもつ神経ネットワークができます。不思議なことに、私たちの脳はこの複雑な脳の配線を、大きな個体差もなく発達期に正確に形成できます。これまでの研究により、網膜から大脳皮質の一次視覚野に至る 回路の形成メカニズムは詳細に分かっています。一方、 大脳皮質視覚野の領野間をつなぐネットワークがどのように形成されるのかは、ほとんど分かっていませんでした。

　 領野間の結合がどのようにできるかを追跡するにあたり、発達期の未熟な脳ではそれぞれの領野の正確な位置を特定すること自体が困難という障壁がありました。そこで本研究ではまず、活動した神経細胞が光るようにした遺伝子改変マウスの開眼前の未成熟な脳を用いて、大脳皮質視覚野全体で自発的に起こる神経活動を記録し、その活動パターンを機能的相関解析（＊）することで一次視覚野（V1）とその他多くの高次視覚野の位置を正確に同定することに成功しました（図A, B）。これにより、色素（DiI）を用いた神経軸索の投射の可視化や神経細胞の活動を抑制する実験を行って、領野間の結合がいつ作られるかを調べることが可能になりました。その結果、まず網膜から視床核を経由した視覚野までの並列な2つの経路（モジュール）［網膜→低次視床核（dLGN）→V1］と、［網膜→上丘→高次視床核（LPN）→高次視覚野］が形成され（図C）、その後に、視覚野内の領域間結合が形成されることを発見しました。この並列モジュールは網膜の自発活動を独立に大脳皮質まで伝えていますが、その網膜の活動を遮断すると大脳皮質の中でV1から高次視覚野への投射が正しく形成されなくなることも分かりました 。

　このように、我々はマウス視覚神経ネットワークの発達において、まず網膜から各皮質領野に至る並列モジュールが形成され、その回路を伝わる網膜からの情報をもとに、皮質の領域間結合が形成される一連の過程を明らかにしました。この知見は脳発達研究の分野だけでなく先天盲や早期失明の病態を理解することにも役立つとともに、生物の神経回路のでき方を模した汎用的な人工知能開発にも寄与する可能性が期待されます。

　機能的相関解析：脳領域の一部で観察された自発活動とそれ以外の脳領域での自発活動の相関係数を計算し、神経活動の同期性を調べる手法。複数の脳領野の間で神経活動が強く同期している場合、これらの間に直接あるいは間接的な強い神経結合があると解釈される。