初期視覚野における質感認知のための異種視覚情報統合メカニズムの解明

• Project Area: Integrative studies of neural mechanisms and advanced information technologies for perception of material and surface qualities
• Project/Area Number: 23135521
• 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): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000); Fiscal Year 2012: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2011: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
• Keywords: 視覚 / 霊長類 / 大脳皮質 / マルチニューロン計測

Outline of Annual Research Achievements

物体表面の色や肌理・模様などの視覚特徴は物体認識の有効な手がかりとなる。本研究では、これら視覚特徴の脳内表現様式とその変換過程の解明を目指して、大脳皮質腹側視覚経路に属する領野から神経活動計測実験を実施した。
自然界に存在する様々な物体（石、樹皮、葉、花、果実、蝶翅、羽毛、皮）の表面特徴のみを含む画像（64枚）からなる刺激セットを構築した。刺激セットに対する単一神経細胞の応答を鎮痛不動化したニホンザルの第一次視覚野（V1, n=1333）、V4 （n=903）、下側頭葉皮質（IT, n=665）よりマルチプローブ・マルチニューロン計測手法を用いて計測した。
視覚応答を示した細胞は、V1（55%）、V4（78%）、IT（46%）の全ての領野に存在した。刺激選択性の鋭さには、領野間で差はなかった。単一神経細胞の応答と画像解析を用いて抽出した画像特徴量（方位、空間周波数、輝度、色など）との相関関係は領野間で異なっており、相関を示した細胞の割合および相関の程度は、V1において、V4、ITよりも高かった。この結果は、V1の多くの細胞において、自然物体表面画像に対する応答が画像に含まれる基本的な特徴量で説明可能であることを示す。一方、V4、ITの神経活動は、意味差判別法（13個の形容詞対regular-irregular, glossy-matte, smooth-rough, など；5段階評価）を用いた心理実験より得た画像の心理的特徴量とよく相関した。これらの結果より、V1からV4へと自然物体表面特徴に関する情報が伝達される過程で、情報表現様式が、画像の基本的特徴を反映したものから心理的印象を反映したものへと、大きく変化する様子が明らかになった。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Decorrelation of sensory-evoked responses in rat barrel cortex during postnatal development (2012)
  • Author(s): Koji Ikezoe
  • Journal Title: Neuroscience Research Volume: 73 Issue: 4 Pages: 312-320
  • DOI: 10.1016/j.neures.2012.05.009
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 大脳皮質視覚関連領野を中心とした、マルチプローブ・マルチニューロン計測技術について (2012)
  • Author(s): 金子秀和、田村弘
  • Journal Title: 神経回路学会誌 Volume: 19 Pages: 28-38
  • NAID: 10030337826
• [Journal Article] Predicted contextual modulation varies with distance from pinwheel centers in the orientation preference map (2011)
  • Author(s): Okamoto, T.Ikezoe, K.Tamura, H.Watanabe, M.Aihara, K.Fujita I
  • Journal Title: Scientific Report Volume: 1 Issue: 1 Pages: 114-114
  • DOI: 10.1038/srep00114
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 大脳皮質視覚関連領野を中心とした、マルチプローブ・マルチニューロン計測技術について (2011)
  • Author(s): 金子秀和、田村弘
  • Journal Title: 日本神経回路学会誌 Volume: 19 Pages: 28-32
  • NAID: 10030337826
• [Presentation] 物体表面画像に対するサル腹側視覚経路神経細胞の応答 (Visual responses of neurons to colored texture images of natural objects) (2013)
  • Author(s): 石田 秀太、大塚 晴輝、高田 悠史、井上 祐哉、山根 ゆか子、田村 弘
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会（Neuro2013）
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2013-06-20
• [Presentation] 様々な色相、彩度、輝度の組み合わせからなる色刺激に対するV1, V2, V4細胞の応答 (Visual responses to color stimuli with a variety of combinations of hue, saturation and luminance in Macaque V1, V2, and V4) (2013)
  • Author(s): 田村 弘、高田 悠史
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会（Neuro2013）
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2013-06-20
• [Presentation] 脳における物体認識のための情報表現様式の可能性 (2013)
  • Author(s): 田村 弘
  • Organizer: 筑波大学システム情報工学研究科コンピュータサイエンス専攻コロキウム
  • Place of Presentation: つくば
  • Invited
• [Presentation] Layer specific neuronal activities in response to visual object images in the inferior temporal cortex revealed by current source density analysis (2012)
  • Author(s): Ito J, Tamura H, Einevoll GT, Gruen S
  • Organizer: Bernstein Conference 2012
  • Place of Presentation: Munich, Germany
  • Year and Date: 2012-09-12
• [Presentation] 多点電極を用いた複数神経細胞からの活動同時計測 (2012)
  • Author(s): 田村弘
  • Organizer: 生理学会若手ワークショップ
  • Place of Presentation: 東京医科歯科大学(東京)(招待講演)
  • Year and Date: 2012-02-10
• [Presentation] サルV1における方位地図の局所構造と神経細胞の方位選択性の関係: ２光子カルシウムイメージングによる検討 (2012)
  • Author(s): 池添貢司、森 理也、喜多村和郎、田村 弘、藤田一郎
  • Organizer: ニューロコンピューティング研究会（NC）バイオ情報学研究会（IPSJ-BIO）
  • Place of Presentation: 沖縄県恩納村
• [Presentation] Effects of Forced Response Movements on Learning a Sensory-motor Association Task in Rats (2012)
  • Author(s): Kaneko H, Sano H, Hasegawa Y, Tamura H, Suzuki SS
  • Organizer: 第3５回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋
• [Presentation] 脳における物体認識のための視覚情報表現様式の可能性 (2012)
  • Author(s): 田村 弘
  • Organizer: 第7回研究集会「視覚質感認知と一般物体認識に関する研究会」
  • Place of Presentation: 豊橋
  • Invited
• [Presentation] Mechanisms underlying selective responses to a combination of color and motion direction of neurons in V2 of macaque monkeys (2011)
  • Author(s): Tamura, H., Aratono, K., Takada, H.
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-09-16
• [Presentation] Learning proceeds from sensory side to motor side in the acquisition of a choice reaction time task in rats (2011)
  • Author(s): Kaneko, H., Tamura, H., Suzuki, S.S.
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-09-16
• [Presentation] In vivo two-photon calcium imaging of the cellular arrangement and functional connectivity in layer 2/3 of the mouse primary visual cortex (2011)
  • Author(s): Mori, Y., Ikezoe, K., Kitamura, K, Tmaura, H.Fujita, I.
  • Organizer: 8th World Congress of Neuroscience (IBRO)
  • Place of Presentation: Florence、イタリア
  • Year and Date: 2011-07-15
• [Remarks]
  • URL: http://www.dma.jim.osaka-u.ac.jp/view?l=jau=6285
• [Remarks]
  • URL: http://www2.bpe.es.osaka-u.ac.jp/Fujita-labo/web/index-e.htm