自然画像中の動きの解析の神経基盤

• Project Area: Integrative studies of neural mechanisms and advanced information technologies for perception of material and surface qualities
• Project/Area Number: 23135527
• 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: Juntendo University
• Principal Investigator: 宇賀 貴紀 順天堂大学, 医学部, 准教授 (50372933)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥11,570,000 (Direct Cost: ¥8,900,000、Indirect Cost: ¥2,670,000); Fiscal Year 2012: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2011: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: 脳・神経 / 視覚 / 大脳皮質 / 連合野 / 神経生理学 / 運動視

Outline of Annual Research Achievements

運動視の重要な問題の一つとして窓問題が挙げられる。小さい窓枠から物体の運動を見たとき、可視線分に垂直な動きの方向しか検出できないため、真の運動方向を決定できない。理論的には少なくとも2つの成分が検出できれば、真の運動方向を検出できる。どのようにして方位の統合が行われているのかを知ることは運動視の計算メカニズムを理解する上で重要である。
我々はこれまで、サル大脳皮質MT野において、時空間周波数成分や方位成分が限られた視覚刺激（gratingやplaid）と多くの時空間周波数成分や方位成分を含んだランダムドット刺激との運動方向・速度選択性を比較した結果、ランダムドット刺激ではより正しく真の運動方向・速度を検出できることを報告した。しかし、これがどのようなメカニズムで実現されるかは不明であった。
そこで、運動視の計算理論では最も普及しているSimoncelli Heeger（1998）のモデルを用い、方位成分の統合範囲及びopponent inhibitionの度合いを変えることでこれらの結果を説明できるかシミュレーションを行った。その結果、典型的なMT野ニューロンのplaid刺激に対するパターン特性とランダムドット刺激に対する運動方向・速度選択性を両方説明するには、157.5°程度の方位からの統合、さらには興奮・抑制の重みが約10:9であること、が必要であることがわかった。さらに抑制なしから興奮・抑制の重みが1:1までの範囲、および統合が90°から180°の範囲で40%（25/62）のMT野ニューロンの選択性を説明できることがわかった。抑制はplaidのパターン特性獲得にのみ強く貢献することから、自然界での動きの検出には抑制は重要でないと考えられる。

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] A leaky-integrator model as a control mechanism underlying flexible decision making during task switching (2013)
  • Author(s): Mitani A, Sasaki R, Oizumi M, Uka T
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 8 Issue: 3 Pages: e59670-e59670
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0059670
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] White Matter Alteration in Metabolic Syndrome: Diffusion Tensor Analysis. (2013)
  • Author(s): Shimoji K
  • Journal Title: Diabetes Care. Volume: 36(3) Issue: 3 Pages: 696-700
  • DOI: 10.2337/dc12-0666
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Change in choice-related response modulation in area MT during learning of a depth-discrimination task is consistent with task learning. (2012)
  • Author(s): Uka T, Sasaki R, Kumano H
  • Journal Title: J Neurosci Volume: 32 Issue: 40 Pages: 13689-13700
  • DOI: 10.1523/jneurosci.4406-10.2012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reduction in receptive field size of macaque MT neurons in the presence of visual noise. (2012)
  • Author(s): Kumano H, Uka T
  • Journal Title: J Neurophysiol Volume: 108 Issue: 1 Pages: 215-226
  • DOI: 10.1152/jn.00710.2011
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 宇賀 貴紀、熊野 弘紀 (2012)
  • Author(s): 奥行き知覚
  • Journal Title: Clinical Neuroscience Volume: 8 Pages: 894-896
• [Journal Article] Psychophysical evidence for contraction of the range of spatial integration as a mechanism for filtering out spatial noise in a random dot motion display (2011)
  • Author(s): Sasaki R, Uka T
  • Journal Title: Vision Research Volume: 51 Issue: 17 Pages: 1979-1985
  • DOI: 10.1016/j.visres.2011.07.011
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Contribution of spatial summation properties within receptive field to the apparent contraction of receptive field size of MT neurons when presented with noise (2012)
  • Author(s): Kumano H, Uka T.
  • Organizer: 第35回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2012-09-18
• [Presentation] Transfer of choice-related response modulation across visual fields during learning of a depth-discrimination task (2011)
  • Author(s): Kumano H, Uka T
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2011-09-16
• [Presentation] A bounded leaky integrator model can explain variations in reaction time during task switching (2011)
  • Author(s): Mitani A, Oizumi M, Sasaki R, Uka T
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2011-09-15
• [Remarks]
  • URL: http://square.umin.ac.jp/physiol1/