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、コウモリのエコーロケーションにおける音響処理の行動学的および神経生理学的研究が含まれます。1960年代後半に大学院研究を開始して以来、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ち続けています。シモンズは1996年に米国音響学会（ASA）のフェロー、2000年には米国科学振興協会のフェローに選出されました。また、2005年にはASAより動物バイオ音響学における2度目のシルバーメダルを受賞しました。 [ 1 ]彼は現在、ブラウン大学神経科学部の教授を務めています。

教育

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を取得し、学士号を取得しました。その後、1968年にプリンストン大学で修士号、1969年に心理学の博士号を取得しました。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に関する研究でした。当時、エコーロケーションによる空間認識の基盤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、懐疑的なノーベル賞受賞者ゲオルク・フォン・ベケシーが、ウェバーの研究室を定期的に訪れ、「B棟」で行動するコウモリを見に来た時が、彼の興奮の瞬間だった。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仕組まれた仕掛けであり、コウモリが目標物までの距離を決定するためにエコーロケーションを驚くほど利用していることをベケシーに納得させるために仕組まれたものであることを知った。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」であった。博士号取得後、シモンズは国立衛生研究所の博士研究員として2年間プリンストン大学に残った。

研究

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、同大学の心理学部に設置された神経科学プログラムの助教授に就任した後も、コウモリのエコーロケーションに関する研究を続けました。1980年から1984年にかけては、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、研究を行いました。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勤務し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りました。現在、二人はブラウン大学の神経科学部と心理学部の教授を務めています。

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手法を開発し、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手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を電子的に遅延させて再生し、標的エコーをシミュレートすることでコウモリの知覚を研究した最初の研究者です。彼はこのような「幻の」標的エコーを用いて、初めてエコーロケーションを行うコウモリの標的距離差識別閾値を測定しました。シモンズは、エコーロケーションを行う動物が識別できる最小のエコー遅延差を決定することで、コウモリのソナー測距性能を研究しました。このパラダイムを用いて、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測距性能の研究を続け、1970年代後半には、一定の遅延でエコーを返すソナーターゲットと、2つの遅延を交互に返すエコーターゲットを区別するという新たな行動課題をコウモリに導入しました。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0.1mm未満の変化に相当する、サブマイクロ秒単位のエコー遅延の揺らぎを識別できることを発見しました。この結果は、1979年に「コウモリのソナーにおけるエコー位相情報の知覚」としてサイエンス誌に初めて発表され、エコーロケーションを行うコウモリの驚異的な測距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におけるそのような小さな時間差を識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支える生物学的プロセスを探求するために、この問題に引き続き取り組んでいます。

シモンズ氏は行動実験を通して、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変動ゲインを実証しました。オオコウモリの聴覚感度は、ソナーパルスを発射する直前に低下し、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ます。これにより、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が維持されます。これはコウモリにとって機能的に重要であり、標的までの距離を測る手がかりとなるエコー到達時間の推定を安定させる役割を果たします。

シモンズは、ソナーによる知覚の理解への貢献に加え、エコーロケーションを行うコウモリを用いた神経生理学的実験も行っています。共著者のアルバート・フェン氏とシェリー・キック氏と共にScience誌に掲載された論文の一つ[ 2 ]は、エコーロケーションを行うコウモリの神経生理学研究に大きな影響を与えました。この論文では、コウモリの中枢神経系における聴覚ニューロンの応答特性について記述されています。このニューロンは、生物学的に重要な遅延範囲を限定した2つの音のペアに対して、促進応答を示すことが示されています。これらのニューロンは、「エコー遅延同調」または「レンジ同調」として知られる応答特性を示し、これは標的距離符号化の神経基盤となる可能性があります。シモンズ氏らによるこの遅延同調ニューロン集団に関する報告は、その後このテーマについて幅広く論文を発表してきた菅信夫氏らの最初の論文に先行していました。

過去5年間、シモンズ氏は新たな手法を用いて、自然環境におけるコウモリの飛行を赤外線熱映像で記録してきました。彼は、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映像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新たな疑問を投げかける新たな発見につながっています。

賞と栄誉

科学出版物

シモンズは、 Science 誌に 8 件、Nature 誌に 2 件、Journal of the Acoustical Society of America (JASA) 誌に 20 件など、権威ある雑誌に 95 件を超える論文を発表しており、多数の出版実績があります。

参考文献

  1. ^ 「動物生体音響学における銀メダル受賞者：ジェームズ・A・シモンズ」アメリカ音響学会誌. 118 (3): 1986– 1989. 2005年9月1日. Bibcode : 2005ASAJ..118.1986 . doi : 10.1121/1.4785647 . ISSN  0001-4966 .
  2. ^ Feng, A., J. Simmons, S. Kick (1971). 「コウモリEptesicus fuscusの聴覚系におけるエコー検知と標的探知ニューロン」 Science 4368 :645-648.
「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=James_A._Simmons&oldid=1319431406」より取得