結果

眼窩における刺激の特性が前頭葉のニューロンの反応に影響するという仮説を検証するために、2匹のサル（Maccaca mulatta）に10個の物体の間で自由に目を動かして目標を探す訓練を行った（図1A）。 サルが採餌作業を行っている間、細胞外電極を用いてFEFの単一ニューロンから活動を記録した。 画面上には、5つの潜在的な標的（Ts；T字型）と5つの撹乱物（＋字型）が、動物がいずれかの物体を見ているときに、RF内に他の物体が1つ以上入らないように配置されていた（Fig. 1Aの大きな円）。 1つのTには報酬があり、動物が500ms固定すると報酬を受け取ることができる。 そのため、動物たちはT字路を探索し、標的を見つけて報酬を受け取るまで約600ミリ秒間それぞれのT字路を固定する傾向があった(17)。 その結果、T字固視は5％以下であり、有意に（P = 8.70 × 10-158, paired t test; n = 231）、潜在的標的の固視（613.7 ± 48.9 ms）より短いことがわかった（図1）。

行動課題とFEFニューロンの反応。 (A)採食課題における刺激配置の例。5つの潜在的標的(T)と5つの散漫物(+)が提示された。 一つのTには流動的な報酬があり、サルがそれを500ミリ秒間見つめると報酬が得られるようになっていた。 刺激は、ある刺激（小さな円）を見ているときに、別の刺激がFEFニューロンのRF（大きな円）の中心に来るように配置された。 (B) T（濃い灰色のトレース）またはD（薄い灰色のトレース）がニューロンのRFにあり、動物がRFから離れるようにサッカードをしたときの正規化された集団スパイク密度関数。 トレースの太さはSEMを表し、Nは集団内のニューロン数である。 X軸の太い黒線は、2つのトレースが有意に異なる時間を示す（P < 0.01, paired t test every millisecond）。 (C) アレイ開始後150msのウィンドウで平均化したFEFニューロン195個の平均応答。 各点は、TがRFにあるときの単一細胞の活動を、DがRFにあるときの固定と比較したものである。

これまでの研究で、標準的な視覚的探索課題では、配列開始直後にFEFニューロンの応答がRF内のターゲットとディストラクタを区別することが示されている(18, 19)。 我々の母集団でも、配列が出現したときに同様の結果が得られた。 RFのターゲットに対する反応（暗いトレース、図1B）は、RFのディストラクターに対する反応（明るいトレース、図1B）よりも一貫して高いことがわかった。 この差は、配列が現れてから約180ms後に一貫して有意になり始めた（図1BのX軸の黒丸；P < 0.01、スパイク密度関数のミリ秒ごとのペアtテスト）。 固定点が刺激で置き換えられ、RFに別の刺激が出現した試行を用いると、配列開始後150msのウィンドウにおける平均反応は、RFにTがあるときの方がRFにディストラクタがあるときより有意に大きかった。 単一ニューロンレベルでは、40ニューロンがRF内のTにRF内のディストラクターよりも有意に反応した（P < 0.05, t検定）のに対し、ディストラクターに有意に大きな反応を示したのは4つのみで、これは偽陽性率の範囲内の数である

同様の効果は、RF内と眼窩にあったものに基づいてデータをソートしたときに見られた。 図2Aは、少なくとも300ms続いた固視（垂直破線）に対して、RF内の刺激と眼窩内の刺激の両方の関数として、配列開始によって整列した193個のFEFニューロンの平均正規化応答を示す。 RFのTに対する反応とRFのdistractorに対する反応の違いは見えるが（図2Aの濃いトレースと薄いトレース、特に濃い青と薄い青のトレースを比較）、より明白な結果は、distractorがfoveaにあったとき（青のトレース）、Tがfoveaにあったとき（緑のトレース）よりもはるかに高い活動で、これはベースライン反応（水平破線）と同様である

窩洞にあるものに基づいて反応を比較すると、204個のニューロンのうち107個は、窩洞にTがあるときよりも窩洞にディストラクタがあるときの方が有意に高い反応を示したが（P < 0.05, t検定；図2Bの青点）、窩洞にターゲットがあるときは24個だけが高い反応をした（緑点、図2B）。 204個の神経細胞集団全体では、散乱体が焦点にあるときの平均応答（22.13 ± 1.76 sp/s、配列開始後150msの窓）は、Tが焦点にあるとき（15.30 ± 1.)よりも有意に大きくなった。21 sp/s; P = 1.64 × 10-15, Wilcoxon signed-rank test; Fig. 2B）、Tが眼窩にあるときの反応は、配列開始の100 ms前に見られたベースライン活動（14.25 ± 1.11 sp/s; P = 0.269）と有意差がないことが示された。 TがRFにある場合（P = 8.18 × 10-15、図2C）、およびディストラクタがRFにある場合（P = 1.41 × 10-9、図2D）の両方で、焦点位置の刺激同一性の効果は有意であった。 このとき、焦点位置での刺激の同一性を比較した場合（図2B）、RFでの刺激の同一性を比較した場合（図1C）よりも、応答差および有意差を示したニューロン数がともに大幅に増加したことは注目に値する。 このように、眼窩における刺激の同一性の効果は、RFにおける刺激の同一性の効果よりもはるかに大きい。

眼窩における物体の同一性による神経細胞反応の強い変調は、進行中の視覚探索中にも観察された。 図3Aは、少なくとも150msの固定（垂直破線）から継続的探索中に、鳩目に刺激がありRFに刺激がある場合の全231ニューロンの集団に対する平均正規化反応を示している。 この解析と以下の解析では、TsとRF内のディストラクターに対する応答をプールしたが、図2 B-Dに示すように、解析を2つの刺激カテゴリーのうちの一方のみに限定しても、結果は定性的には同様である。 図3Aの青いトレースは、Tがあるとき（緑のトレース）よりも、注意散漫があるとき（青のトレース）の方が、実質的に有意に高い（P = 2.34 × 10-21, Wilcoxon signed-rank test; n = 231 neurons; Fig.3B） 。 興味深いことに、この差は固視化開始の約140ms前に始まり（図3AのX軸上の黒いバー；P < 0.01, paired t test at each millisecond）、固視化開始前の100msウィンドウでは231ニューロン中100ニューロン（P < 0.05, t test）と集団全体（P = 8.17 × 10-7, Wilcoxon signed-rank test; 図3C）で有意であった。 これは、FEFにおいて従来のRFリマッピングを示すニューロンの割合(20)よりも大きな割合であり、固定されようとしている刺激の同一性に関する知識がFEFのニューロンの大部分に影響を与え、以前に報告されたRFリマッピングとは独立である可能性を示唆している

foveaでの刺激によるニューロン反応の変調は、記憶誘導サッケードの分類にあるすべてのクラスのニューロンで見られた（クラスの定義はSI Methodsに記載されている）。 図S2は、ニューロンを視覚（図S2A）、視覚運動（図S2B）、または運動（図S2C）ニューロンとして特徴付けるのに十分なメモリ誘導型サッケードマッピングデータを有する157ニューロンについて図3Bのデータをプロットしたものである。 各クラスのニューロンについて、RFの刺激に対する反応は、Tが鳩目にあるときよりも、Distractorが鳩目にあるときの方が有意に大きかった（すべてP < 6×10-4, Wilcoxon signed-rank test）。 さらに、ターゲットが窩にあるときよりもディストラクタが窩にあるときに有意に多く反応するニューロンの割合は、各集団間で統計的な差はなかった.

全231ニューロンの反応に対する各因子の効果の大きさを定量化するために、我々は、固定変数として焦点におけるオブジェクトのアイデンティティとRFにおけるオブジェクトのアイデンティティを用い、ランダム変数としてニューロンのアイデンティティを用いて、固定開始で始まる150ミリ秒のウィンドウからのニューロン反応についてANOVAモデルを実行した。 ニューロンIDは、各ニューロンに関連付けられた識別子である。 このようにすることで、ANOVAは、異なる応答利得と変動を持つニューロン間の非正規化応答を扱うことができる。 唯一の有意な固定因子は、眼窩における物体の同一性であった（P = 0.00054）。 この因子の大きさは、RFにおける物体の同一性を表す因子よりも約30倍強く（0.113に対して3.413）、固定因子間の有意な線形相互作用はなかった（P = 0.97）。 このように、視覚的探索が進行中の場合、RFの同一性の効果は、配列開始時と比べてかなり弱くなることに注意してください。 これは、進行中の探索におけるRFの刺激に対する反応の不均一性によるものである。 単一ニューロンレベルでは、110ニューロン（51％）が眼窩における物体同一性の有意な効果を示したのに対し、RFの効果を示したのは38ニューロン（18％）にとどまった。 また、固定変数間の交互作用を示したニューロンはわずかであった（全ニューロンに対するANOVA係数の平均絶対値=1.339）。

眼窩における物体識別の大きな効果が応答ゲインの変化を表しているかどうかを調べるために、RFにおける物体に対する応答（図3D）またはRFに何もないときの活動（図3E）を、眼窩の物体識別の関数として比較した2組の条件を見ている。 もし活動の増加が一貫した利得の増加によるものであれば、活動は相関があり、1とは有意に異なる傾きを持ち、刺激がRF内にあってもなくても同じ傾きを持つはずである。 その結果、RFに刺激があってもなくても、TがあるときよりもDがあるときの方が1.2倍強活動し、RFに物体があるとき（図3D）は1.23 ± 0.079 (P = 8.1 × 10-82, R2 = 0.81) 、RFに何もないとき（図3E）は 1.26 ± 0.081 (P = 4.9 × 10-90, R2 = 0.84) が最適な勾配となることがわかった。 フィットの切片は原点に近く（RFに物体がある場合は3.57 ± 2.26 sp/s、RFに何もない場合は1.17 ± 1.88 sp/s）、活動の差はゲイン変化によるものと容易に判断できることが示された。 これが個々のニューロンの全体的な反応性によるものではないことを確認するために、RFに物体がある場合と何もない場合の条件について、焦点にディストラクタがある場合の活動を焦点にTがある場合の活動で割った比率をプロットしました（図3F）。 両条件の比率は相関があったが（P = 0.0081）、さらに重要なことは、細胞の大部分が右上の象限にあるクラスターに位置しており（図3F）、両条件で正の利得を持っていることを意味することであった。 前項のANOVA解析で物体識別の有意な効果を示したニューロンだけを見ると、75.2%（109個中82個）が右上の象限に位置し（図3F）、相関はより強く（P = 2.35 × 10-6, R2 = 0.189）1.03 ± 0.41 の傾斜と 0.73 ± 0.81 の切片となる。 したがって、このデータは、眼窩における刺激の同一性がニューロン応答の利得を変化させ、この利得変化はニューロンおよびセッション間で比較的一貫しており、各ニューロンの全体的な応答性とは独立しているという仮説と一致するものであった。

我々は、Tが鳩目にあるときに見られる反応の減少は、FEFの周辺表現全体で反応を抑制し、それによって固定を維持すべきときにサッカードが発生する機会を最小化するメカニズムによるものだと提唱する。 我々は以前、動物が報酬を得られない既視のツを固定することはほとんどない（固定の5％以下）ことを示した(17)。 そのため、2種類の固視中の反応を調べることにより、我々の仮説を検証することができる。 もし、T字固視時の反応低下が、動物が先に進めないようにするための抑制入力によるものであれば、動物が前に固視したT字を長い時間（>350 ms；図4Aの縦の破線）固視するとき、その刺激から報酬を得られないことがわかっていても抑制が見られるはずである。 同様に、短時間（＜3173＞350ms）だけT字路を注視する場合は、注意散漫が焦点にあるときと同じような強い反応が見られるはずである。 あるいは、反応調節が純粋に眼窩における刺激の同一性に起因するのであれば、以前に見たTを固視しているときには固視時間は反応に影響しないはずであると予測される

図4Bは、固定時間が長い場合と短い場合の、鳩目に先に固定したTに対するニューロンの反応と、鳩目にあるディストラクターと見えないTに対する平均反応（エラーバーなしの線）である。 すべてのデータは、固定時間が150ms以上続いた試行のものである（図4Bの縦の破線）。 350ミリ秒以上の固定では、未視認のTがあるときの反応と有意差のないレベルまで抑制された（P = 0.406, Wilcoxon signed-rank test; n = 207; 100-ms window starting 50ms after fixation on; Fig.） 短時間の固視では、長時間の固視よりも有意に高い応答が得られ（P = 8.32 × 10-19）、眼窩に注意散漫がある場合の応答と統計的に区別できない（P = 0.165, Wilcoxon signed-rank test; Fig.4D）． これは、動物がより長い時間固視を維持するとFEFの応答が抑制されるという我々の仮説と一致する。

これまでに示したすべての解析では、動物がニューロンのRFから離れるようにサッカードをしたときに、固視開始までに揃えられた応答を用いている。 これまでの研究と同様に、動物がRFにサッカードをしたとき、集団の応答は我々が測定した最高レベルまで上昇した（図5A）。 注目すべきは、サッカードが行われる約180ミリ秒前から、この運動に関連する活動は、焦点における刺激の同一性に影響されなかったことである（図5A、x軸の太い黒線；P < 0.01, paired t test each millisecond）。 図5B）。これは、上述のANOVA分析で物体識別の影響を示したニューロンのサブセットにおいても同様であった（P = 0.801; n = 71）。 また、サッケードの指標は両者とも同様であった（詳細はSI Resultsに記載）。 このように、サッケードまでの時間では、鳩目にある刺激の同一性はもはや運動関連活動や運動そのものに影響を与えず、鳩目に行き着く刺激の同一性がサッケード目標から離れた他の場所の反応に影響を与え始める（図3Aに示すように）