| Project/Area Number |
23K06797
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 51020:Cognitive and brain science-related
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
荒木 修 東京理科大学, 先進工学部物理工学科, 教授 (20313710)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
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| Keywords | 両眼視野闘争 / 知覚交代 / 位相同期 / 機能的結合 / 脳波 / 知覚 |
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| Outline of Research at the Start |
無意識下の刺激が意識上の知覚に至る過渡的な神経情報処理に関しては、これまでほとんど分かっていない。それは、その状況を実験環境下に作ることが難しかったからである。しかし近年、ミスマッチ刺激が有効な手段になることが分かってきた。本研究の目的は、これを利用して視知覚の無意識下の刺激が意識上に至るときの皮質ネットワーク上の脳波位相同期の動態とそのメカニズムを明らかにすることである。そのため、両眼視野闘争の実験パラダイムにおける無意識下の刺激が意識上に知覚される過程の脳波を解析し、後頭と前頭の領域間の位相同期の動態を明らかにする。さらに、実験結果と同様の現象を生み出す数理モデルを提案する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1) 脳波計測実験
我々は経頭蓋電気刺激によって脳波を変調させた後、両眼視野闘争とミスマッチ刺激を与える脳波計測実験を行った。その結果、ミスマッチ刺激に誘発されたθ帯域の前頭と後頭間の位相同期(Phase Lag Index; PLI)が、両眼視野闘争の知覚交代に関与していることが分かった。これは、無意識下の刺激が意識上にのぼる処理に位相同期が重要な役割をはたしていることを示唆する。この結果は、Society for Neuroscience学会主催のNeuroscience 2022で発表した。また、論文にまとめて学術雑誌に投稿した(現在査読中)。
一方、両眼視野闘争の刺激を各眼の中の左右で別々にミスマッチ刺激を与えて、左右半球間で上記の位相同期に違いが表れるかを明らかにする実験を行なっている。脳波解析の結果はまだ出ていないが、無意識下のミスマッチ刺激が意識上にのぼりやすくなるこれまでと同様の傾向は確認できた。また、ミスマッチ刺激を変化刺激に置き換えても、θ帯PLIによる前頭後頭間の機能的結合が知覚交代に関与する実験データが得られた。
(2) 数理モデル構築と計算機シミュレーション
両眼視野闘争におけるレベルトの法則と連続フラッシュ抑制刺激と、我々のミスマッチ刺激による行動的実験データを説明できるニューラルネットワークモデルを構築した。この力学系モデルによって、両眼視野闘争に関する心理学的現象のほとんどが説明可能である。この結果は、あいまい知覚システムが遅いフィードバックと早い予測誤差による制御という２つの適応システムを必要とすることを示唆する。この成果は、国際会議IJCNN2023にて発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
(1) 脳波計測実験
両眼視野闘争において、チェンジ刺激を片側の眼に加えたところ、ミスマッチ刺激の場合と同様に前頭後頭間のθ帯位相同期の機能的結合(位相同期: Phase Lag Index)が知覚交代に関与していることが分かった。このように、当初計画していた研究成果が得られた。
(2) 数理モデル構築と計算機シミュレーション
両眼視野闘争における３種類の心理学的実験データを説明できる力学系モデルを提案した研究実績は、当初の計画通りである。
以上より、現在のところ順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) 脳波計測実験
今後は、両眼視野闘争における後頭領域と前頭領域の間の位相同期の動態を明らかにする。知覚交代が促進される場合の方が、後頭領域と前頭領域の同期の程度が統計的に有意に増加することが予想される。これは、知覚がボトムアップの感覚野からの情報だけでなく、前頭野からのトップダウン信号によって決まると考えられるからである。機能的接続を明らかにする研究を実施し、位相同期だけでなく信号源解析を含む多面的な解析を行う。解析専用のソフトウェアを使うことを検討する。また、実験を推進するために大学のポストドクトラル研究員を雇用して強化することを考えている。
(2) 数理モデル構築と計算機シミュレーション
これまでに本研究プロジェクトで得られた心理実験の行動データおよび脳波データを説明できる数理モデルの設計と実装が今後の課題である。ミスマッチ刺激などの誤差信号の検知によって低次と高次の領域間の機能的結合が強くなるニューラルネットワークモデルを考案し、シミュレーション実験によってその挙動が実験データと整合することを確認する。
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