明るさアップに光明 ---メタマーによる明るさ知覚メカニズムの解明--1．背景私たちは普段、自然に部屋が明るい、もしくは暗いと明るさを判断していますが、この明るいと感じる脳のメカニズムは、まだ良くわかっていません。一般に対象物の輝度や照度※1 が高いと明るいと感じ、また低いと暗く感じます。しかしながら、例えば、同じ輝度の光でも色によって明るさが異なることが知られています。ヒトの目には、錐体細胞と桿体細胞※2 という光を検出する細胞があります。したがって輝度や照度の単位は、これら錐体細胞と桿体細胞の光に対する感度を基に作られています。近年、これらの細胞以外にも新たな光を検出する細胞が発見されました。この細胞はメラノプシンと呼ばれる視物質※3 をもっていることからメラノプシン神経節細胞と呼ばれています。この細胞は概日リズム※4 の調整をおこなっていることが報告されています。さらに最近では、この細胞は明るさなどの「見え」にも影響していることが示唆されています。しかしながら、光の情報が私たちの脳にどのように伝わるか、また、光の情報とメラノプシン神経節細胞の働きにどのような関連性があるのかはいまだ明らかにされていませんでした（図 1）。そこで、研究グループはメラノプシン神経節細胞の明るさ感※5 に関するメカニズムを解明するためにマウスやヒトの明るさ感を調べる実験をしました。 2．研究手法と結果メラノプシン神経節細胞の概日リズムへの影響について、これまでの研究では、いろいろな色の光を刺激として用いその反応を調べてきました。しかしながら、いろいろな色の光を用いた刺激によってこの細胞の働きを評価することは難しいとされています。なぜなら、このような刺激はメラノプシン神経節細胞を刺激すると同時に錐体細胞と桿体細胞も刺激します。したがって、その反応にはメラノプシン神経節細胞の反応だけではなく、錐体細胞と桿体細胞の反応も含まれてしまいます。メラノプシン神経節細胞の働きを調べるためには、錐体細胞や杆体細胞には影響を与えないでこの細胞のみを刺激することが必要です。研究グループでは、この問題を克服するためにメタマー※6 と呼ばれる刺激を用いました。メタマーとは、同じ色・輝度ですが、そのスペクトラムは異なる視覚刺激です。同じ色・輝度であるために、被験者にとっては２つのメタマーは全く同じ刺激に見え、その違いがわかりません。言い換えれば、メタマーは、３種類の錐体細胞には同じ刺激を与えますが、メラノプシン神経節細胞には異なる刺激を与えることが可能な刺激です（図２）。数あるメタマーからメラノプシン神経節細胞を大きく刺激するメタマーと、あまり刺激しないメタマーを選び、これらのメタマーに対する反応を比較することによって、メラノプシン神経節細胞起因の反応を調べました。このようにして、研究グループは、メラノプシン神経節細胞の明るさ感への寄与の解明に挑戦しました。実際、メラノプシン神経節細胞のみが、これらのメタマーによって刺激されているかを確認するために、遺伝子操作したマウスを用いて実験をおこないました。遺伝子操作によってメラノプシンをもたないマウスにメタマーを提示しました。メタマーはメラノプシン神経節細胞のみを刺激するように作られていますので、メラノプシン神経節細胞の無いマウスでは反応が生じないはずです。実際、反応はほとんど生じませんでした。このことはメタマーがきちんとメラノプシン神経節細胞のみを刺激していることの確認になります。続いて、ヒトに対してメタマーを提示し実験を行いました。メラノプシン神経節細胞への刺激が大きいメタマーと小さいメタマーを被験者に提示し、被験者が明るさの判断を行いました。その結果、メラノプシン神経節細胞への刺激を１０％増加させた場合、おおよそ明るさ感が１０％－２０％程度増加することが示されました。 3．今後の期待明るさの知覚メカニズムを解明するためには今後も引き続き研究を重ねる必要がありますが、今回の研究成果は、たとえ同じ色および輝度の光刺激でも、メラノプシン神経節細胞を選択的に刺激することによって、明るさ感を上昇させることが可能であることを示しています。さらに、マウスおよびヒトの双方で確認されたことによって、この機能は生物にとって非常に根本的なメカニズムの一つだということが示唆されます。今後さらに研究が進むと将来的には、照明装置やテレビのモニタなどの表示装置に大きな影響を与えることが期待されます。例えば、同じ輝度で明るさ感を１０％増加させますと、逆に約９０％の輝度で今までと同じ明るさ感を得ることが可能になると考えられます。将来的にはこれが世界中全ての照明システムや表示システムに適用できる日が来るかもしれません。＜補足説明＞ ※1. 輝度・照度人間が感じる明るさの量を表す。錐体、桿体細胞※2 の感度を基に定義される。 ※2. 錐体細胞と桿体細胞網膜に存在する光受容体。暗い場所で働く桿体細胞と異なる色に反応する３種類の錐体細胞が存在する。錐体細胞は、それぞれ赤色の波長光に感度のピークをもつ L 錐体、緑色の波長光に感度をもつ M 錐体、および青色の波長光に感度をもつ S 錐体と呼ばれている。 ※3. 視物質ある特定の波長の帯の光に反応するたんぱく質。光信号を中枢に伝える。 ※4. 概日リズム多くの生物には体内時計が内在し、さまざまな現象が約 1 日（概日）周期のリズムで繰り返されている。このリズムのことを概日リズムと呼ぶ。 ※5. 明るさ感明るさの明暗を感じる知覚量、明度。 ※6. メタマー特定の観測条件下で輝度や色などの見えは同じであるが、スペクトラムは異なる視覚刺激。錐体に対しては同じ刺激となり、一方、メラノプシン神経節細胞には異なる刺激となる（図２）。