両眼立体視における腹側経路・背側経路の適応的機能制御

• Project Area: Mechanisms underlying the functional shift of brain neural circuitry for behavioral adaptation
• Project/Area Number: 15H01437
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 藤田 一郎 大阪大学, 生命機能研究科, 教授 (60181351)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000); Fiscal Year 2016: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2015: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: 両眼立体視 / 両眼視差 / 両眼対応問題 / 対応計算 / 相関計算 / 大脳皮質 / 錐体細胞 / 水平軸索 / 両眼相関計算 / 両眼対応計算 / 霊長類 / 大きさの恒常性 / 奥行き知覚 / ３Dビジョン / 視覚

Outline of Annual Research Achievements

左右の目は異なる水平位置から世界を見ているため、左右網膜における外界投影像には位置ズレが生じる。この位置ズレは両眼視差と呼ばれ、その大きさが視覚対象の奥行き位置とほぼ比例するため、脳が視覚対象の奥行きを算出する上での重要な視覚手がかりとなる。本研究では、「両眼立体視において相関計算と対応計算という２つの計算アルゴリズムが働き、奥行き知覚は両者の出力の重み付け加算によって決まり、それぞれの相対的貢献度は視覚刺激の条件により適応的に制御される」という仮説の提唱と検証を目指した。また、これらの知覚を支える視覚経路の解剖学的構造とその生後発達の解明を行った。
相対計算と対応計算の重み付け加算の過程の定式化とモデル計算を行い、本仮説がヒトやサルを対象とした奥行き知覚課題におけるパフォーマンスを定量的に予測することを示した（Fujita & Doi, 2016）。側頭葉視覚経路中段V4野の細胞の集団活動が両眼対応問題の解を与え、上記の対応計算過程の出力シグナルになっていることを示した（Abdolrahmani 他, 2016）。ヒトを対象とした心理物理学実験により、相関計算を行っている脳部位の中に、絶対視差ではなく相対視差を算出している部位があり、その出力が直接的に奥行き知覚に反映されていることを示した（Aoki 他, 準備中）。
一次視覚野（V1）と側頭葉経路最終段である下側頭葉皮質（IT）の水平軸索の形態特徴とその生後発達過程が両者の間で著しく異なることを示した（Wang 他, 2016）。V1野の３層錐体細胞の樹状突起の特徴が視野地図の場所によって変化しないことを示し、脳内視野表現の形成機構の理解を進めた（Oga 他, 2016）。V1, IT, 前頭葉１２野の５層錐体細胞の樹上突起の特徴と生後発達過程を明らかにした（Oga 他, 2017）。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Pennsylvania(米国)
• [Int'l Joint Research] Juelich Research Institute(ドイツ)
• [Journal Article] Postnatal dendritic growth and spinogenesis of Layer-V pyramidal cells differ between visual, inferotemporal, and prefrontal cortex of the macaque (2017)
  • Author(s): Tomofuji Oga, Guy N. Elston, Ichiro Fujita
  • Journal Title: Frontiers in Neuroscience Volume: 11:118 Pages: 118-118
  • DOI: 10.3389/fnins.2017.00118
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Weighted parallel contributions of binocular correlation and matching signals to conscious perception of depth (2016)
  • Author(s): Ichiro Fujita, Takahiro Doi
  • Journal Title: Philosophical Transaction B Volume: 印刷中 Issue: 1697 Pages: 20150257-20150257
  • DOI: 10.1098/rstb.2015.0257
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Pooled, but not single-neuron, responses in macaque V4 represent a solution to the stereo correspondence problem (2016)
  • Author(s): Mohammad Abdolrahmani, Takahiro Doi, Hiroshi M.
  • Journal Title: Journal of Neurophysiology Volume: 115 Issue: 4 Pages: 1917-1931
  • DOI: 10.1152/jn.00487.2015
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Postnatal development of intrinsic horizontal axons in macaque inferior temporal and primary visual cortices (2016)
  • Author(s): Quanxin Wang, Hisashi Tanigawa, Ichiro Fujita (QW and HT contributed equally to this work)
  • Journal Title: Cerebral Cortex Volume: in press Pages: bhw105-bhw105
  • DOI: 10.1093/cercor/bhw105
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Basal dendrites of layer-III pyramidal neurons do not scale with changes in cortical magnification factor in macaque primary visual cortex (2016)
  • Author(s): Tomofumi Oga, Tsuguhisa Okamoto, Ichiro Fujita
  • Journal Title: Frontiers in Neural Circuits Volume: 10:74 Pages: 74-74
  • DOI: 10.3389/fncir.2016.00074
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Similarity in neuronal firing regimes across mammalian species (2016)
  • Author(s): Yasuhiro Mochizuki, ..., Ichiro Fujita, et al.
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Volume: 36 Issue: 21 Pages: 5736-5747
  • DOI: 10.1523/jneurosci.0230-16.2016
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 大脳皮質と深層学習 (2016)
  • Author(s): 三田真志郎、藤田一郎
  • Journal Title: 脳２１ Volume: 19(3) Pages: 98-101
• [Journal Article] 大脳皮質におけるテクスチャ表現 (2016)
  • Author(s): 畑中岳、藤田一郎
  • Journal Title: 脳２１ Volume: 19(4) Pages: 154-157
• [Journal Article] Visual processing in the Ventral Pathway: Shape, face, color, material propertis, and stereoscopic depth (2016)
  • Author(s): Mikio Inagaki, Ichiro Fujita
  • Journal Title: Brain and Nerve Volume: 68 (11) Pages: 1363-1370
  • NAID: 40021002822
• [Journal Article] Similarity in neuronal firing regimes across mammalian species (2016)
  • Author(s): Yasuhiro Mochizuki, Tomokatsu Onaga, Hideaki Shimazaki, ・・・, Ichiro Fujita, et al.
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Computation of object size in visual cortical area V4 as a neural basis for size constancy (2015)
  • Author(s): Shingo Tanaka, Ichiro Fujita
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Volume: 35 Issue: 34 Pages: 12033-12046
  • DOI: 10.1523/jneurosci.2665-14.2015
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 超高圧電子顕微鏡による皮質構造の解析 (2015)
  • Author(s): 小賀智文、藤田一郎
  • Journal Title: Clinical Neuroscience Volume: 33 (6) Pages: 630-633
• [Presentation] Diffusion properties of human visual white matter correlate with stereoacuity (2016)
  • Author(s): Hiroki Oishi, Hiromasa Takemura, Shuntaro C. Aoki, Ichiro Fujita, Kaoru Amano
  • Organizer: Neuroscience 2016, Annual Meeting of Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: サンディエゴ（米国）
  • Year and Date: 2016-11-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Response sparseness for natural movies in macaque V1 and V4 estimated by 2-photon calcium imaging (2016)
  • Author(s): Koji Ikezoe, Takanori Fukazawa, Shinji Nishimoto, Shinjiro Mita, Ichiro Fujita
  • Organizer: Neuroscience 2016, Annual Meeting of Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: サンディエゴ（米国）
  • Year and Date: 2016-11-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 二つの目で見る世界が立体に見える脳のメカニズム (2016)
  • Author(s): 藤田一郎
  • Organizer: 第４３回スポーツ心理学会・シンポジウム「三次元世界で物体を認知し・働きかけるための脳内メカニズム」
  • Place of Presentation: 北星学園大学（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2016-11-04
  • Invited
• [Presentation] 高次視覚野の構成と情報処理 (2016)
  • Author(s): 藤田一郎
  • Organizer: 第57回日本視能矯正学会・シンポジウム「視覚情報処理ネットワークを探る」
  • Place of Presentation: 大阪グランキューブ（大阪府大阪市）
  • Year and Date: 2016-10-15
  • Invited
• [Presentation] Relationship of individual differences in stereoacuity to the visual white matter pathways (2016)
  • Author(s): Hiroki Oishi, Hiromasa Takemura, Shuntaro C. Aoki, Ichiro Fujita, Kaoru Amano
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-07-20
• [Presentation] Monkeys perceive reversed depth in anti-correlated random dot stereograms (2016)
  • Author(s): Tomofumi Oga, Mitsuhiro Nakatani, Ichiro Fujita
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-07-20
• [Presentation] Neuronal variability across repeated visual presentations of face: comparison between the temporal cortex and amygdala of monkeys (2016)
  • Author(s): Mikio Inagaki, Ichiro Fujita
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-07-20
• [Presentation] Population sparseness is lower in V4 than in V1 (2016)
  • Author(s): Shinjiro Mita, Koji Ikezoe, Takanori Fukazawa, Shinji Nishimoto, Ichiro Fujita
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-07-20
• [Presentation] Simulation of coarse depth judgement based on neural population responses in macaque area MT (2016)
  • Author(s): Toshihide Yoshioka, Takahiro Doi, Mohammad Abdolrahmani, Ichiro Fujita
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-07-20
• [Presentation] Spatial relation between ocular dominance map and orientation map in layer II of macaque V1 at cellular level resolution (2016)
  • Author(s): Ryosuke Takeuchi, Koji Ikezoe, Mikio Inagaki, Kazuhito Hakumoto, Ichiro Fujita
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-07-20
• [Presentation] 脳がつくる３D世界～立体視のメカニズム (2016)
  • Author(s): 藤田一郎
  • Organizer: 第72回日本弱視斜視学会総会（JASA）・第41回日本小児眼科学会総会（JAPO）合同学会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-06-24
  • Invited
• [Presentation] 両眼立体視を支える２つの計算過程とその神経メカニズム (2016)
  • Author(s): 藤田一郎
  • Organizer: 生理学研究所研究会「視知覚の総合的理解を目指してー生理学、心理物理学、計算論」
  • Place of Presentation: 生理学研究所（愛知県岡崎市）
  • Year and Date: 2016-06-09
  • Invited
• [Presentation] What fraction of neurons is active when one views natural scenes? : Response sparseness in macaque cortical areas V1 and V4 estimated by 2-photon calcium imaging (2016)
  • Author(s): Ichiro Fujita, Takanori Fukazawa, Shinji Nishimoto, Shinjiro Mita, Koji Ikezoe
  • Organizer: The 12th International Congress of Neuroethology (ICN2016)
  • Place of Presentation: モンテビデオ（ウルグアイ）
  • Year and Date: 2016-04-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] What fraction of neurons is active when one views natural scenes?: Response sparseness in macaque cortical areas V1 and V4 estimated by 2-photon calcium imaging (2016)
  • Author(s): Ichiro Fujita, Takanori Fukazawa, Shinji Nishimoto, Shinjiro Mita, Koji Ikezoe
  • Organizer: ICN 2016-International Congress of Neuroethology
  • Place of Presentation: モンテビデオ（ウルグアイ）
  • Year and Date: 2016-04-01
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Contribution of binocular correlation-based representation in cortical area MT to stereopsis (2016)
  • Author(s): Toshihide Yoshioka, Takahiro Doi, Mohammad Abdolrahmani, Ichiro Fujita
  • Organizer: The 3rd CiNet Conference: Neural mechanism of decision making: Achievements and new directions
  • Place of Presentation: 脳情報通信融合研究センター（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2016-02-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Area MT neurons at the population level represent binocular disparity in a manner between correlation-based and match-based representations (2015)
  • Author(s): Toshihide Yoshioka, Takahiro Doi, Mohammad Abdolrahmani, Ichiro Fujita
  • Organizer: The 8th Federation of Asian and Oceanian Physiological Societies Congress
  • Place of Presentation: バンコク（タイ）
  • Year and Date: 2015-11-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Postnatal development of dendritic structure of layer III pyramidal neurons in cerebral cortex of marmose (2015)
  • Author(s): Tetsuya Sasaki, Tomofumi Oga, Hirosato Aoi, Ichiro Fujita, Noritaka Ichinohe
  • Organizer: Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: シカゴ（米国）
  • Year and Date: 2015-10-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Stereo processing in macaque visual area MT probed by graded anti-correlation of binocular stimuli (2015)
  • Author(s): Toshihide Yoshioka, Takahiro Doi, Mohammad Abdolrahmani, Ichiro Fujita
  • Organizer: The 6th Federation of Asian and Oceanian Neuroscience Societies Congress and the 11th Biennial Conference of Chinese Neuroscience Society
  • Place of Presentation: 鳥鎮（中国）
  • Year and Date: 2015-09-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Active exploration of visual scenes by humans and monkeys (2015)
  • Author(s): Yukako Yamane, Junji Ito, Mika Suzuki, Ichiro Fujita, Sonja Gruen, Hiroshi Tamura
  • Organizer: 第25回日本神経回路学会
  • Place of Presentation: 電気通信大学（東京都調布市）
  • Year and Date: 2015-09-02
• [Presentation] Distinct scan modes in monkey’s free viewing of natural images and related neuronal activities (2015)
  • Author(s): Junji Ito, Yukako Yamane, Ichiro Fujita, Hiroshi Tamura, Sonja Gruen
  • Organizer: The 36th European Conference on VIsual Perception (ECVP2015)
  • Place of Presentation: リバプール（英国）
  • Year and Date: 2015-08-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] サルV1野およびV4野における視覚反応のスパース性 (2015)
  • Author(s): 池添貢司、深澤宇紀、西本伸志、藤田一郎
  • Organizer: 視覚科学フォーラム第19回研究会
  • Place of Presentation: 福島グリーンパレス（福島県福島市）
  • Year and Date: 2015-08-19
• [Presentation] 側頭視覚皮質と扁桃体における表情選択性の時間経過の比較 (2015)
  • Author(s): 稲垣未来男、藤田一郎
  • Organizer: 視覚科学フォーラム第19回研究会
  • Place of Presentation: 福島グリーンパレス（福島県福島市）
  • Year and Date: 2015-08-19
• [Presentation] Binocular disparity tuning functions examined by graded anti-correlation of binocular stimuli in macaque visual area MT (2015)
  • Author(s): Toshihide Yoshioka, Takahiro Doi, Mohammad Abdolrahmani, Ichiro Fujita
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸コンベンションセンター（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-30
• [Presentation] Orientation and spatial frequency maps in monkey V4 revealed at the single-cell resolution (2015)
  • Author(s): Koji Ikezoe, Yusuke Saito, Shinji Nishimoto, Ichiro Fujita
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸コンベンションセンター（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-29
• [Presentation] Orthogonal intersection of functional maps in macaque visual area V4 (2015)
  • Author(s): Mahya Amano、Koji Ikezoe、Shinji Nishimoto、Ichiro Fujita
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸コンベンションセンター（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-28
• [Presentation] Active exploration of visual scenes by monkeys: behavior and neuronal activity in primary visual cortex and inferior temporal cortex (2015)
  • Author(s): Yukako Yamane, Junji Ito, Mika Suzuki, Ichiro Fujita, Sonja Gruen, Hiroshi Tamura
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸コンベンションセンター（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-28
• [Presentation] 両眼立体視の神経メカニズム：眼球と一次視覚野を越えて (2015)
  • Author(s): 藤田一郎
  • Organizer: 第71回日本弱視斜視学会総会・第40回日本小児眼科科学会総会合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 神戸ポートピアホテル（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-04
  • Invited
• [Presentation] 両眼立体視の神経機構： 両眼視差検出から奥行き知覚成立まで (2015)
  • Author(s): 藤田一郎
  • Organizer: 第119回日本眼科学会総会
  • Place of Presentation: ロイトン札幌（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2015-04-17
  • Invited
• [Remarks] 大阪大学大学院 生命機能研究科 認知脳科学研究室
  • URL: http://www2.bpe.es.osaka-u.ac.jp/
• [Remarks] 距離が変わっても物体の大きさが一定に見える謎「大きさ恒常性」の神経メカニズムを解明
  • URL: http://www.fbs.osaka-u.ac.jp/jpn/events/achievement/tanaka-fujita-20150827/
• [Remarks] Mystery of size constancy untangled
  • URL: https://cinet.jp/news/20151019_1627/
• [Remarks] 大きさの恒常性の神経メカニズムの解明
  • URL: http://www.fmu.ac.jp/acs/research/page/3
• [Remarks] 「見る」という脳機能の不思議にドイツの研究グループとともに挑む
  • URL: http://www.osaka-u.ac.jp/ja/news/snapshots/special_issue/research_topics_nl68/201506_special_issue02
• [Funded Workshop] Vision over vision: man, monkey, machine, and network models (2016)
  • Place of Presentation: 大阪大学脳情報通信融合研究センター（大阪府吹田市）