大域的ネットワークにおける神経振動伝達様式

• Project Area: Non-linear Neuro-oscillology: Towards Integrative Understanding of Human Nature
• Project/Area Number: 16H01612
• 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: Osaka University
• Principal Investigator: 田村 弘 大阪大学, 生命機能研究科, 准教授 (80304038)
• 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: 大脳皮質 / 視覚 / 眼球運動 / マルチニューロン計測 / サル / 機能的神経回路 / 神経科学 / 生理学 / 脳・神経 / 行動学 / 生物・生体工学 / 確率モデル / サッケード / 同期発火 / 階層構造 / 物体認識 / 情報工学

Outline of Annual Research Achievements

振動的神経活動及びその背景にある同期的神経活動について、その機能的意義と神経基盤を明らかにすることを目的とした研究を実施し、三つの成果を得た。第一に、振動的神経活動を誘発する眼球運動リズムの性質を明らかにし、モデル化に成功した。この研究は国際共同研究、融合研究として実施した。第二に、振動的神経活動と密接に関わる同期的発火が皮質領野間で異なることを明らかにした。第三に、振動的神経活動を単一試行解析により確認し、その性質を明らかにした。1)振動的神経活動を誘発する眼球運動リズムに関するモデルを用いた解析：サルを用いて、自然画像観察中の眼球運動には、短時間の注視で異なる物体間を移動するモードと、長時間の注視で同一物体内を移動するモードが存在することを明らかにした。さらに、このモードの切り替えが、確率モデルとして記述できることを明らかにした(Ito, Tamura, et al., Sci Rep,2017)。2)同期的発火の領野間比較：サル大脳皮質視覚関連領野を対象として、スパイク発火の相関活動の性質が領野間で変化することを明らかにした。このような変化は、階層構造に伴って、局所神経回路や多ニューロンによる情報表現様式が変化している可能性を示唆している(Tamura, bioRxiv, 2017)。3)振動的神経活動の単一試行解析による確認とその性質の解析：数千秒にわたる計測期間中に得られた単一ニューロンスパイク発火または多ニューロンスパイク発火を用いた自己相関ヒストグラムに振動的な成分は観察されなかったが、0.4 秒間の単一試行中の多ニューロンスパイク発火を用いると、10%前後の試行において、振動的成分が観察された。振動的な活動はダイナミックに変化しており、これに伴って脳内情報処理様式や情報表現がどのように変化するのかを明らかにすることが重要となる。

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

• [Int'l Joint Research] Juelich Research Center(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] チリ大学(チリ)
• [Int'l Joint Research] Juelich Res Ctr(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] チリ大学(チリ)
• [Journal Article] 脳情報科学と人工知能－ネオコグニトロンから Deep Learning へ－ (2018)
  • Author(s): 本武 陽一、庄野 逸、田村 弘、岡田 真人
  • Journal Title: 情報処理（情報処理学会誌） Volume: 59 Pages: 42-47
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Switch from ambient to focal processing mode explains the dynamics of free viewing eye movements (2017)
  • Author(s): Junji Ito, Yukako Yamane, Mika Suzuki, Pedro Maldonado, Ichiro Fujita, Hiroshi Tamura, and Sonja Gruen
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 印刷中 Issue: 1 Pages: 1082-1082
  • DOI: 10.1038/s41598-017-01076-w
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pairwise correlations of spiking activity changes along the ventral visual cortical pathway of macaque monkeys (2017)
  • Author(s): Tamura Hiroshi
  • Journal Title: bioRxiv Volume: - Pages: 220301-220301
  • DOI: 10.1101/220301
  • Open Access
• [Journal Article] SWITCH FROM AMBIENT TO FOCAL PROCESSING MODE EXPLAINS THE DYNAMICS OF FREE VIEWING EYE MOVEMENTS (2017)
  • Author(s): Junji Ito, Yukako Yamane, Mika Suzuki, Pedro Maldonado, Ichiro Fujita, Hiroshi Tamura, and Sonja Gruen
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Effects of forced movements on learning: findings from a choice reaction-time task in rats (2016)
  • Author(s): Kaneko H, Sano H, Hasegawa Y, Tamura H, Suzuki SS
  • Journal Title: Learning & Behavior Volume: 16 Issue: 2 Pages: 1-14
  • DOI: 10.3758/s13420-016-0255-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Neurons in the inferior temporal cortex of macaque monkeys are sensitive to multiple surface features from natural objects. (2016)
  • Author(s): Tamura H, Otsuka H, Yamane Y
  • Journal Title: bioRxiv Volume: 86157 Pages: 1-47
  • DOI: 10.1101/086157
  • Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Representation of local figure-ground by a group of V4 cells (2016)
  • Author(s): M. Hasuike, Y. Yamane, H. Tamura and K. Sakai
  • Journal Title: Lecture Notes in Computer Science (ICONIP 2016) Volume: - Pages: 131-137
  • DOI: 10.1007/978-3-319-46687-3_14
  • ISBN: 9783319466866, 9783319466873
  • Peer Reviewed
• [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
• [Presentation] Semi-online determination of preferred stimuli for visual cortex neurons by deep generative networks (2018)
  • Author(s): Shinjiro Mita, Taiga Fujimoto, Ryosuke Takeuchi, Hiroshi Tamura, Ichiro Fujita
  • Organizer: 第9回光操作研究会
• [Presentation] Pairwise correlation of spiking activities differed among hierarchically organized visual cortical areas of macaque monkeys (2017)
  • Author(s): Hiroshi Tamura
  • Organizer: Neuro2017、第４０回日本神経科学大会
• [Presentation] Switch from ambient to focal processing mode explains the dynamics of free viewing eye movements. (2017)
  • Author(s): Ito J, Yamane Y, Suzuki M, Maldonado P, Fujita I, Tamura H, Grun S
  • Organizer: ECVP2017 European Conference on Visual Perception
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 自然物体表面画像に対するサル腹側視覚経路神経活動情報表現と畳み込みニューラルネットワーク情報表現の関係Relationships between natural surface images representations of monkey visual cortical areas and those of convolutional neural networks. (2017)
  • Author(s): 中谷光宏、神田悠汰、田村弘
  • Organizer: 第27回 日本神経回路学会 全国大会
• [Presentation] Figure-ground discrimination by a population of V4 cells (2016)
  • Author(s): K. Sakai, M. Hasuike, D. Minowa, Y. Yamane, H. Tamura
  • Organizer: Society for Neuroscience, Annual Meeting
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 2016-11-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Representation of local figure-ground by a group of V4 cells (2016)
  • Author(s): M. Hasuike, Y. Yamane, H. Tamura and K. Sakai
  • Organizer: ICONIP 2016
  • Place of Presentation: 京都大学（京都府、京都市）
  • Year and Date: 2016-10-16
  • Int'l Joint Research