視覚的物体認識のための質感情報処理メカニズムの解明

• Project Area: Integrative studies of neural mechanisms and advanced information technologies for perception of material and surface qualities
• Project/Area Number: 25135722
• 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): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥12,090,000 (Direct Cost: ¥9,300,000、Indirect Cost: ¥2,790,000); Fiscal Year 2014: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2013: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: 視覚 / 物体認識 / 大脳皮質 / マルチニューロン計測 / 霊長類 / 相互相関解析 / 水平結合 / 神経回路 / 神経生理 / マルチプローブ電極 / サル

Outline of Annual Research Achievements

物体表面の視覚属性のひとつであるカラーテクスチャ情報は、視覚的物体認識の有効な手がかりとなる。ヒトを含む霊長類において、視覚的物体認識には、後頭葉第一次視覚野（V1野）からV4 野を経由して下側頭葉皮質(IT野)に至る腹側視覚経路が重要な役割を担っている。本研究では、カラーテクスチャ情報の腹側視覚経路における情報変換過程に注目し、腹側視覚経路に属するV1野、V4野、IT野から、64枚の自然物体に由来するカラーテクスチャ画像（石、樹皮、葉、花、果実、蝶翅、羽毛、皮・毛皮）及びこれら画像を様々に操作した変換画像に対する神経応答を計測した。実験には鎮痛不動化したニホンザル（Macaca fuscata）を用いた。
V1野、V4およびIT野から計測した半数の細胞が、カラーテクスチャ画像に対して選択的に反応したが、その応答性質は領野間で異なっていた。すなわち、V1野からV4野の段階で、刺激選択性は鋭くなり、応答と低次画像特徴量との相関は低下した。次に、カラーテクスチャ画像を様々に変換した画像に対する応答を検討することで、それぞれ視覚属性の応答への寄与を検討した。その結果、カラーテクスチャ画像に含まれる色情報の重要性はIT野の段階で顕著になるが、輝度コントラスト情報は全ての領野で重要な役割を果たしており、特にV4野以降では必須であった。ピクセル単位での画像の空間構造はV4以降で、空間周波数成分と方位成分の強度についてはIT野において特に重要となった。画像の局所に含まれる二次統計量までの空間構造に関する情報もIT野の段階で特に重要となった。
本研究より、腹側視覚経路において、カラーテクスチャ画像に対する選択的反応が、段階的にそして視覚属性ごとに異なる様式で形成されている可能性が明らかになった。
また、下側頭葉皮質内水平神経結合の性質を視覚応答特性との関連から明らかにした。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] 視覚―物体の質感認知 (2015)
  • Author(s): 山根ゆか子、田村弘
  • Journal Title: Brain and Nerve Volume: 印刷中
• [Journal Article] Organization of local horizontal functional interactions between neurons in the inferior temporal cortex of macaque monkeys (2014)
  • Author(s): Tamura, H., Mori, Y., Kaneko, H.
  • Journal Title: Journal of Neurophysiology Volume: 111 Issue: 12 Pages: 2589-2602
  • DOI: 10.1152/jn.00336.2013
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] patial range and laminar structures of neuronal correlations in the cat primary visual cortex. (2014)
  • Author(s): Tanaka H, Tamura H, Ohzawa I.
  • Journal Title: Journal of Neurophysiology Volume: 112 Issue: 3 Pages: 705-718
  • DOI: 10.1152/jn.00652.2013
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Organization of local horizontal functional interactions between neurons in the inferior temporal cortex of macaque monkeys (2014)
  • Author(s): Tamura, H., Mori, Y., Kaneko, H.
  • Journal Title: J Neurophysiology Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Relationship between the local structure of orientation map and the strength of orientation tuning of neurons in monkey V1: a 2-photon calcium imaging study (2013)
  • Author(s): Ikezoe, K., Mori, Y., Kitamura, K., Tamura, H., Fujita, I.
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Volume: 33(42) Issue: 42 Pages: 16818-16827
  • DOI: 10.1523/jneurosci.2209-13.2013
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Facilitation of Learning and Rehabilitation in Rats by Inducing Response-like Movement (2013)
  • Author(s): Sano, H., Kaneko, H., Hasegawa, Y., Tamura, H., Suzuki, S.S.
  • Journal Title: Advanced Biomedical Engineering Volume: 2 Issue: 0 Pages: 72-79
  • DOI: 10.14326/abe.2.72
  • NAID: 130004568021
  • ISSN: 2187-5219
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Modulation-specific and laminar-dependent effects of acetylcholine on visual responses in the rat primary visual cortex. (2013)
  • Author(s): Shogo Soma, Satoshi Shimegi, Naofumi Suematsu, Hiroshi Tamura, and Hiromichi Sato.
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 8 Issue: 7 Pages: e68430-e68430
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0068430
  • Peer Reviewed
• [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: ECVP(European Conference on Visual Perception)2015
  • Place of Presentation: Liverpool, UK
  • Year and Date: 2015-08-23 – 2015-08-27
• [Presentation] Laminar structures of loose and precise neuronal correlations in the cat primary visual cortex (2015)
  • Author(s): Hiroki Tanaka, Hiroshi Tamura, Izumi Ohzawa
  • Organizer: Neuro2015
  • Place of Presentation: Kobe, Japan
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [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: Neuro2015
  • Place of Presentation: Kobe, Japan
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] Direction of Figure in Natural Contours by Population Coding of Surround Modulation Models and V4 Neuronal Activities. (2015)
  • Author(s): Masaharu Hasuike, Yusuke Nakata, Yukako Yamane, Hiroshi Tamura and Ko Sakai
  • Organizer: APCV (Asia-Pacific Conference on Vision) 2015
  • Place of Presentation: Nanyang Technological University, Singapore
  • Year and Date: 2015-07-10 – 2015-07-12
• [Presentation] Saccade related layer specific local field potential activity in macaque V1 during free viewing (2015)
  • Author(s): Meyes, R., Ito, J., Yamane, Y., Fujita, I., Tamura, H., Gruen, S.
  • Organizer: Eleventh Gottingen Meeting of the German Neuroscience Society
  • Place of Presentation: Gottingen, Germany
  • Year and Date: 2015-03-18 – 2015-03-21
• [Presentation] Preference to faces in the gaze target selection (2014)
  • Author(s): Izumi, S., Maldonado, P.E., Tamura, H.
  • Organizer: X Reunion Anual de la Sociedad Chilena de Neurociencia
  • Place of Presentation: Valdivia, Chile
  • Year and Date: 2014-10-01 – 2014-10-04
• [Presentation] Layer specificity of ongoing and evoked neuronal activities in the inferior temporal cortex of macaque monkeys (2014)
  • Author(s): Ito, J., Yaname, Y., Fujita, I., Tamura, H., Gruen, S.
  • Organizer: Bernstein Conference 2014
  • Place of Presentation: Gottingen, Germany
  • Year and Date: 2014-09-02 – 2014-09-05
• [Presentation] Laminar profile of ongoing and evoked neuronal activities in the inferior temporal cortex of macaque monkeys (2014)
  • Author(s): Ito, J., Yaname, Y., Fujita, I., Tamura, H., Gruen, S.
  • Organizer: The 37th European Conference on Visual Perception
  • Place of Presentation: Belgrade, Serbia
  • Year and Date: 2014-08-24 – 2014-08-28
• [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 (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
  • Place of Presentation: 京都国際会館（京都）
• [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 (2013)
  • Author(s): 田村 弘、高田 悠史
  • Organizer: 第36回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 京都国際会館（京都）
• [Remarks] 大阪大学研究者総覧
  • URL: http://www.dma.jim.osaka-u.ac.jp/view?l=ja&u=6285
• [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/