Hierarchical coupling of neural oscillation for communication

• Project Area: Non-linear Neuro-oscillology: Towards Integrative Understanding of Human Nature
• Project/Area Number: 16H01610
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 水原 啓暁 京都大学, 情報学研究科, 講師 (30392137)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2017: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2016: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: 認知神経科学 / コミュニケーション / 音声知覚 / 神経振動子 / 神経回路 / 脳機能イメージング / 身体性 / 引き込み / 認知科学 / 脳・神経 / 脳機能計測 / 神経科学 / 神経オシレーション / 情報統合

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，神経オシレーションの特定の位相において情報統合機能が実現しているものと考え，人を対象とした脳波計測を実施した．情報統合課題として，視聴覚情報統合の課題であるマガーク効果課題を用いた．マガーク効果とは，視覚情報として話者の口元の映像を，聴覚情報として音声を提示した際の音声知覚を問う課題である．このとき，視覚情報とは異なる音の聴覚情報を提示しした場合において，視覚情報にも聴覚情報にも存在しない新たな音声の知覚が錯覚として発生する課題である．例えば，視覚情報として/ka/と発生している口元の映像を，聴覚情報として/pa/の音声を提示した場合において，これらの情報が統合されると/ta/と知覚される現象であり，錯覚の発生の有無により視聴覚情報が統合されたかを検証可能な課題となっている．従来の心理実験研究において，視覚情報と聴覚情報の提示タイミングをずらしたとき，視覚情報が先行する場合において，聴覚情報が先行する場合と比較して，より長い時間ずれにおいても視聴覚情報統合が実現されていることが示されている．そこで本研究では，この現象に着目することで，神経オシレーションによりどのように視聴覚情報統合が実現されているかを検討した．
脳波解析においては，視覚情報および聴覚情報のそれぞれの入力により変調する脳波位相を同定するためにPLF解析を実施した．この解析では，それぞれの情報の入力オンセットに関係してトライアル間で位相が揃うかを検証するものである．この結果，聴覚入力に関係してシータ脳波(4-8Hz)の位相が変調したのに対して，視覚入力に関してはより緩やかなデルタ脳波(1-3Hz)の位相が変調する結果を得た．これらのことは，視覚情報と聴覚情報が異なる周波数の脳波により保持されて，その後に発生する聴覚または視覚情報と脳波位相において統合されていることを示唆している．

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] A dynamical systems approach for estimating phase interactions between rhythms of different frequencies from experimental data (2018)
  • Author(s): Takayuki Onojima，Takahiro Goto，Hiroaki Mizuhara，Toshio Aoyagi
  • Journal Title: PLOS Computational Biology Volume: 14 Issue: 1 Pages: e1005928-e1005928
  • DOI: 10.1371/journal.pcbi.1005928
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ongoing slow oscillatory phase modulates speech intelligibility in cooperation with motor cortical activity (2017)
  • Author(s): Takayuki Onojima, Keiichi Kitajo, Hiroaki Mizuhara
  • Journal Title: PLOS One Volume: 12(8) Issue: 8 Pages: e0183146-e0183146
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0183146
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Top-down and bottom-up attention cause the ventriloquism effect with distinct electroencephalography modulations. (2016)
  • Author(s): Kumagai T, Mizuhara H
  • Journal Title: Neuroreport Volume: 27 Issue: 9 Pages: 647-651
  • DOI: 10.1097/wnr.0000000000000590
  • NAID: 120006936403
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Increased BOLD Signals Elicited by High Gamma Auditory Stimulation of the Left Auditory Cortex in Acute State Schizophrenia. (2016)
  • Author(s): Kuga H, Onitsuka T, Hirano Y, Nakamura I, Oribe N, Mizuhara H, Kanai R, Kanba S, Ueno T
  • Journal Title: EBioMedicine Volume: 12 Pages: 143-149
  • DOI: 10.1016/j.ebiom.2016.09.008
  • NAID: 120005997816
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Language and music do and do not share the merging operations in syntax (2018)
  • Author(s): Tomomi Hida, Hiroaki Mizuhara
  • Organizer: Cognitive Neuroscience Society 25th Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 脳情報のダイナミクス解析 (2018)
  • Author(s): 水原啓暁
  • Organizer: 大阪大学 数理・データ科学アドバンストセミナー「生体情報の数理モデリングと統計解析」
  • Invited
• [Presentation] Language and music use the subassembly-type as universal, but not the pot-type merging operation (2018)
  • Author(s): Tomomi Hida, Hiroaki Mizuhara
  • Organizer: Language, Music, and Cognition: Organizing Events in Time
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Compounds emerge from the merge operation in human language syntax. (2017)
  • Author(s): Hida T, Mizuhara H
  • Organizer: Cognitive Neuroscience Annual Meeting
  • Place of Presentation: サンフランシスコ，アメリカ
  • Year and Date: 2017-03-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Two different phase coding mechanisms for integrating audio-visual information via slow neural oscillation (2017)
  • Author(s): Hiroaki Mizuhara, Toshihiro Kumagai, Atsushi Oozono
  • Organizer: Society for Neuroscience 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Learning triggers pot-merge emergence in the syntactic hierarchy (2017)
  • Author(s): Tomomi Hida, Hiroaki Mizuhara
  • Organizer: The 6th Conference of the Asia-Pacific Society for the Cognitive Sciences of Music (APSCOM 6)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 学習により発現するシンタクスにおけるポット型Merge (2016)
  • Author(s): 樋田智美, 水原啓暁
  • Organizer: 日本人間行動進化学会 第9回年次大会
  • Place of Presentation: 金沢市文化ホール(石川県金沢市)
  • Year and Date: 2016-12-10
• [Presentation] The functional connectivity of the striatum during and after open monitoring meditation. (2016)
  • Author(s): Fujino, M., Ueda, Y., Mizuhara, H., Saiki, J., & Nomura, M.
  • Organizer: International Symposium for Contemplative Studies 2016
  • Place of Presentation: サンディエゴ，アメリカ
  • Year and Date: 2016-11-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cognitive functions negatively correlate to the angular gray matter volume in schizophrenia. (2016)
  • Author(s): Ueno T, Kuga H, Oribe N, Takao K, Hayashida R, Nakayama N, Mizuhara H, Yuzuriha T
  • Organizer: Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: サンディエゴ，アメリカ
  • Year and Date: 2016-11-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Phase shift of neural oscillation induces asymmetric integration in audio-visual speech perception. (2016)
  • Author(s): Oozono A, Mizuhara H
  • Organizer: Cell Symposia: Big Questions in Neuroscience
  • Place of Presentation: サンディエゴ，アメリカ
  • Year and Date: 2016-11-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] How do focused attention meditation and open monitoring meditation regulate the default mode network activity? (2016)
  • Author(s): Fujino M, Ueda Y, Mizuhara H, Saiki J, Nomura M
  • Organizer: International Congress of Psychology
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
  • Year and Date: 2016-07-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The functional connectivity of the striatum during focused attention meditation. (2016)
  • Author(s): Fujino M, Ueda Y, Mizuhara H, Saiki J, Nomura M
  • Organizer: Annual Meeting of Japan Neuroscience Society
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
  • Year and Date: 2016-07-20
• [Presentation] Subsequent memory-dependent BOLD activation during the natural reading of literature. (2016)
  • Author(s): Sato N, Mizuhara H
  • Organizer: Human Brain Mapping
  • Place of Presentation: ジュネーブ，スイス
  • Year and Date: 2016-06-26
  • Int'l Joint Research