Process of categorical information in area TE

• Project/Area Number: 19K12149
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 61040:Soft computing-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Matsumoto Narihisa 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 研究グループ長 (00392663)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2021: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2019: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: ニューロン / カテゴリー / ニューラルネット / ニューラルネットワーク / 視覚カテゴリー / 脳

Outline of Research at the Start

人間のカテゴリー分類機能は、生活する上で非常に重要な機能である。しかしながらその神経機構はまだ分かっていない。申請者は、物体情報がサルの脳のTE野に到達する前に、イヌやネコを大まかに分類でき、TE野でイヌやネコの境界付近の細かい特徴の差から分類できるようになっていると仮説をたてた。その仮説を検証するために、TE野内に複数の電極アレイを埋め込み、多数のニューロン活動を同時記録する。さらに、ニューロン活動からモデルのパラメータを推定し、推定したパラメータを用いてニューラルネットワークモデルを構成する。これらにより、TE野内でのカテゴリー情報の処理過程が明らかになることが期待される。

Outline of Final Research Achievements

In this study, multiple electrode arrays were implanted in area TE, and neuronal activity were recorded during the task of classifying dog and cat images. Using a linear SVM decoder the correct rate of the category were obtained. As a result, the correct rate improved as the experiment day progressed. In addition, information representation of TE neuronal activity for facial images and that of each layer of AlexNet were compared. As a result, information representation in fully-connected layers of AlexNet was similar to that of TE neuronal activity. Furthermore, combined model of a deep neural network and an associative memory model were made, and the model could output multiple category information at different times.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

我々は、全く同じものに出会ったことが無くても、その形状等の特徴からその性質を推測することができる。それゆえ、カテゴリー分類機能は、人間にとって重要な機能である。しかし、脳内においてどのようなメカニズムでカテゴリー分類が行われているかは不明である。本研究により、TE野のニューロン集団の活動がカテゴリー分類タスクにより変化することが分かった。さらに深層ネットとTE野の比較をおこなうことで、TE野のリカレント結合が深層ネットに足りないことを明らかにした。これらはTE野がカテゴリー分類において重要であることを示唆している。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 米国国立衛生研究所(NIH)(米国)
• [Journal Article] Recurrent Connections Might Be Important for Hierarchical Categorization (2022)
  • Author(s): Matsumoto Narihisa、Taguchi Yusuke、Shimizu Masaumi、Katakami Shun、Okada Masato、Sugase-Miyamoto Yasuko
  • Journal Title: Frontiers in Systems Neuroscience Volume: 16 Pages: 805990-805990
  • DOI: 10.3389/fnsys.2022.805990
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Comparison of neuronal responses in primate inferior-temporal cortex and feed-forward deep neural network model with regard to information processing of faces (2021)
  • Author(s): Matsumoto Narihisa、Mototake Yoh-ichi、Kawano Kenji、Okada Masato、Sugase-Miyamoto Yasuko
  • Journal Title: Journal of Computational Neuroscience Volume: - Issue: 3 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1007/s10827-021-00778-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Neural and behavioral correlates of discriminating facial expressions with different skin textures in macaque monkeys (2023)
  • Author(s): 林 和子, 松本 有央, 松田 圭司, 三浦 健一郎, 山根 茂, Eldridge MA, Saunders RC, Richmond BJ, 永井裕司, 宮川尚久, 南本敬史, 岡田真人, 河野 憲二, 菅生（宮本） 康子
  • Organizer: 日本生理学会 第100回記念大会
• [Presentation] Effects of saccadic eye movements on face-responsive neurons in the inferior temporal cortex of macaque monkeys (2023)
  • Author(s): 河野 憲二, 林 和子, 松本 有央, 松田 圭司, 三浦 健一郎, Eldridge MA, Saunders RC, Richmond BJ, 菅生（宮本） 康子
  • Organizer: 日本生理学会 第100回記念大会
• [Presentation] Neural activity in area TE, not TEO, correlates with monkeys' learning in a visual categorization task (2022)
  • Author(s): Wenliang Wang, Bing Li, Mark Eldridge, Narihisa Matsumoto, Kazuko Hayashi, Martinez Gomez, Yasuko Sugase-Miyamoto, Barry Richmond
  • Organizer: Neuroscience 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Are receptive field sizes of area TE neurons related to encoding information about categories of face images? (2022)
  • Author(s): Keisuke Shioya, Shun Katakami, Kazuko Hayashi, Keiji Matsuda, Narihisa Matsumoto, Shotaro Akaho, Kenji Kawano, Masato Okada, Yasuko Sugase-Miyamoto
  • Organizer: Neuroscience 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Correlations between receptive-fields of face-responsive neurons in monkey area TE and their coded facial information (2022)
  • Author(s): 菅生（宮本）康子, 塩谷 佳介, 林 和子, 松田 圭司, 片上 舜, 松本 有央, 赤穗 昭太郎, 岡田 真人, 河野 憲二
  • Organizer: Neuro2022
• [Presentation] Effects of differences in facial surface properties on temporal cortical neuronal activity and discrimination learning in macaque monkeys (2021)
  • Author(s): 林和子, 松本有央, 松田圭司, 三浦健一郎, 山根茂, 松尾真, 柳井啓司, Eldridge Mark, Saunders Richard, Richmond Barry, 永井裕司, 宮川尚久, 南本敬史, 岡田真人, 河野憲二, 菅生康子
  • Organizer: 第44回日本神経科学大会
• [Presentation] Effects of different facial surface properties on neuronal activity in the temporal cortex and on discrimination learning in macaque monkeys (2021)
  • Author(s): 林和子, 松本有央, 松田圭司, 三浦健一郎, 山根茂, 松尾真, 柳井啓司, Eldridge Mark, Saunders Richard, Richmond Barry, 永井裕司, 宮川尚久, 南本敬史, 岡田真人, 河野憲二, 菅生康子
  • Organizer: 日本動物心理学会第81回大会
• [Presentation] Effects of differences in physical surface properties on facial expression discrimination in macaque monkeys (2020)
  • Author(s): 林和子, 松本有央, 松田圭司, 三浦健一郎, 山根茂, 松尾真, 柳井啓司, Eldridge Mark, Saunders Richard, Richmond Barry, 永井裕司, 宮川尚久, 南本敬史, 岡田真人, 河野憲二, 菅生康子
  • Organizer: 第43回日本神経科学大会
• [Presentation] Effects of different physical surface properties on face discrimination learning in macaque monkeys (2020)
  • Author(s): 林和子, 松本有央, 松田圭司, 三浦健一郎, 山根茂, 松尾真, 柳井啓司, Eldridge Mark, Saunders Richard, Richmond Barry, 永井裕司, 宮川尚久, 南本敬史, 岡田真人, 河野憲二, 菅生康子
  • Organizer: 日本動物心理学会第80回大会
• [Presentation] Recurrent connections in anterior inferior temporal cortex might be important for hierarchical categorization (2019)
  • Author(s): 松本有央, 田口優介, 岡田真人, 菅生康子
  • Organizer: 第42回日本神経科学大会・第62回日本神経化学会大会
• [Presentation] Neural coding of facial images with different skin textures in the temporal lobe of macaque monkeys (2019)
  • Author(s): 林和子, 松本有央, 松田圭司, 三浦健一郎, 山根茂, 松尾真, 柳井啓司, Eldridge Mark, Saunders Richard, Richmond Barry, 永井裕司, 宮川尚久, 南本敬史, 岡田真人, 河野憲二, 菅生康子
  • Organizer: 第42回日本神経科学大会・第62回日本神経化学会大会
• [Presentation] Neural representation of physical surface properties of faces in the temporal lobe of macaque monkeys (2019)
  • Author(s): 林和子, 松本有央, 松田圭司, 三浦健一郎, 山根茂, 松尾真, 柳井啓司, Eldridge Mark, Saunders Richard, Richmond Barry, 永井裕司, 宮川尚久, 南本敬史, 岡田真人, 河野憲二, 菅生康子
  • Organizer: 日本動物心理学会第79回大会