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スパースモデリングを用いた大脳中次視覚野における自然視覚情報処理機構の解明

Publicly Offered Research

Project AreaInitiative for High-Dimensional Data-Driven Science through Deepening of Sparse Modeling
Project/Area Number 26120536
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Complex systems
Research InstitutionNational Institute of Information and Communications Technology

Principal Investigator

西本 伸志  国立研究開発法人情報通信研究機構, 脳情報通信融合研究センター脳情報通信融合研究室, 主任研究員 (00713455)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
Fiscal Year 2015: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2014: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Keywords神経科学 / 脳情報デコーディング / 言語モデル / 予測モデル / 自然知覚
Outline of Annual Research Achievements

(1) 大脳皮質視覚野における情報表現をスパースコーディングで解明するため、事象のスパース表現の一つである自然言語を媒介とした情報表象モデルを考案した。このモデルによって、自然動画刺激下において大脳中次視覚野を含む広範囲の脳活動が説明できることを示した。また同モデルの表象内容を解析することで、形容詞等で指示される主観的な知覚意味内容に関する意味空間の定量や、脳活動からの知覚内容解読等が行えることを示した(Nishida et al., 2015 SfN)。また同モデルの中間情報表現を更にスパース化することでモデルの説明能力が向上すること(Kawase et al., 2016 J-SAI)、深層学習由来のモデルを援用することで脳活動から知覚内容を一定精度で文章として取り出すことを示した(Matsuo et al., 2016 J-SAI)。更に本件に関連した特許を3件出願した(Nishimoto et al., 2015, 2016a, b)。
(2) 大脳皮質中次視覚野における細胞情報表現の局所的機能構造を解明するため、V1野およびV4野においてカルシウムイメージング法によって記録した神経活動をスパース表象(運動エネルギー表象)でモデル化した。その結果、V4野においては刺激方位については選択性が似た細胞が局在化しているのに対し、空間周波数についてはその傾向が見られないなど、V1野と異なる局所的機能構造を持つことを示した(Amano et al., 2016 IEICE Technical Report)。
(3) 大脳皮質視覚野における神経細胞単位の情報表象が環境依存で変化すること、またその変化がスパースコーディングによる最適化によって説明できることを実験的に証明することに貢献した(Sasaki et al., 2015 Scientific Reports)。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (35 results)

All 2016 2015 2014 Other

All Journal Article (5 results) (of which Acknowledgement Compliant: 4 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (24 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 18 results) Remarks (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (4 results)

  • [Journal Article] fMRIを用いた自然視知覚のモデル化とデコーディング2016

    • Author(s)
      Nishimoto S
    • Journal Title

      Clinical Neuroscience

      Volume: 34 Pages: 186-188

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Visualizing visual experience using fMRI2015

    • Author(s)
      Nishimoto S
    • Journal Title

      Japanese Journal of Visual Science

      Volume: 36 Issue: 3 Pages: 56-61

    • DOI

      10.11432/jpnjvissci.36.56

    • NAID

      130005130747

    • ISSN
      0916-8273, 2188-0522
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Supranormal orientation selectivity of visual neurons in orientation-restricted animals.2015

    • Author(s)
      Sasaki KS, Kimura R, Ninomiya T, Tabuchi Y, Tanaka H, Fukui M, Asada YC, Arai T, Inagaki M, Nakzono T, Baba M, Kato D, Nishimoto S, Sanada TM, Tani T, Imamura K, Tanaka S, Ohzawa I
    • Journal Title

      Sci. Rep.

      Volume: 5 Issue: 1 Pages: 16712-16712

    • DOI

      10.1038/srep16712

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] 自然知覚下脳活動の定量理解:内部表象、動態、デコーディング2014

    • Author(s)
      西本伸志
    • Journal Title

      Clinical Neuroscience

      Volume: 32 Pages: 1192-1193

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Journal Article] Early monocular defocus disrupts the normal development of receptive-field structure in v2 neurons of macaque monkeys.2014

    • Author(s)
      Tao X, Zhang B, Shen G, Wensveen J, Smith EL 3rd, Nishimoto S, Ohzawa I, Chino YM.
    • Journal Title

      Journal of Neuroscience

      Volume: 34 Issue: 41 Pages: 13840-13854

    • DOI

      10.1523/jneurosci.1992-14.2014

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Modeling of brain activity during natural vision: object and beyond. International Symposium on Object Vision in Human, Monkey, and Machine.2015

    • Author(s)
      Nishimoto S
    • Organizer
      International Symposium on Object Vision in Human, Monkey, and Machine
    • Place of Presentation
      電気通信大学(東京都調布市)
    • Year and Date
      2015-11-05
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      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Decoding visual experiences: toward a quantitative basis for vision-based BCI.2015

    • Author(s)
      Nishimoto S
    • Organizer
      Germany-Japan Adaptive BCI Workshop
    • Place of Presentation
      京都大学(京都府京都市)
    • Year and Date
      2015-10-28
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      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 脳・数理モデル化の現在と問題点、そして未来予想:実験神経科学の視点から2015

    • Author(s)
      Nishimoto S
    • Organizer
      第25回日本神経回路学会
    • Place of Presentation
      電気通信大学(東京都調布市)
    • Year and Date
      2015-09-01
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      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 映像知覚の脳内表象2015

    • Author(s)
      Nishimoto S
    • Organizer
      映像情報メディア学会年次大会2015
    • Place of Presentation
      東京理科大学(東京都葛飾区)
    • Year and Date
      2015-08-25
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      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] High-dimensional modeling of human brain activity.2015

    • Author(s)
      Nishimoto S
    • Organizer
      RIKEN QBiC Symposium
    • Place of Presentation
      理化学研究所QBiC(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-08-24
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      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Modeling and decoding of human perceptual experiences2015

    • Author(s)
      Nishimoto S
    • Organizer
      第6回新潟大学脳研究所共同研究拠点国際シンポジウム
    • Place of Presentation
      新潟大学(新潟県新潟市)
    • Year and Date
      2015-07-27
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      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ヒト脳内情報表象と人工知能:現状と期待2015

    • Author(s)
      Nishimoto S
    • Organizer
      理化学研究所QBiCワークショップ 「人工知能による科学・技術の革新」
    • Place of Presentation
      グランフロント大阪(大阪府大阪市)
    • Year and Date
      2015-04-03
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      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 脳活動予測モデル構築を介した脳内表象の定量理解2015

    • Author(s)
      西本伸志
    • Organizer
      東京大学駒場MRI立ち上げシンポジウム
    • Place of Presentation
      東京大学進化認知科学研究センター 東京都目黒区
    • Year and Date
      2015-03-27
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Macroscopic functional organization of natural visual representation in the human visual cortex2015

    • Author(s)
      Nishimoto S
    • Organizer
      第120回日本解剖学会総会・全国学術集会・第92回日本生理学会大会 合同大会
    • Place of Presentation
      神戸国際会議場 兵庫県神戸市
    • Year and Date
      2015-03-22
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      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 自然視知覚を支える脳内表象2015

    • Author(s)
      西本伸志
    • Organizer
      脳科学若手の会関西支部会セミナー
    • Place of Presentation
      大阪大学大学院生命機能研究科 大阪府吹田市
    • Year and Date
      2015-03-14
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      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Word-order statistics explain human brain activity evoked by natural movies2015

    • Author(s)
      Nishida S, Huth AG, Gallant JL, Nishimoto S
    • Organizer
      International Symposium on Neural Mechanisms of Vision and Cognition
    • Place of Presentation
      大阪大学脳情報通信融合研究センター 大阪府吹田市
    • Year and Date
      2015-03-02 – 2015-03-03
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Encoding and decoding: extending receptive field analysis to study natural vision2015

    • Author(s)
      Nishimoto S
    • Organizer
      International Symposium on Neural Mechanisms of Vision and Cognition
    • Place of Presentation
      大阪大学脳情報通信融合研究センター 大阪府吹田市
    • Year and Date
      2015-03-02
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      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] A corpus-based language model explains distributed semantic representation in the human brain2015

    • Author(s)
      西田知史、西本伸志
    • Organizer
      脳と心のメカニズム 第15回冬のワークショップ
    • Place of Presentation
      ルスツリゾート 北海道蛇田郡留寿都村
    • Year and Date
      2015-01-07
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Orientation maps in monkey V1 and V4 visualized at the single-neuron resolution: a 2-photon calcium imaging study2014

    • Author(s)
      Ikezoe K, Nishimoto S, Fujita I
    • Organizer
      Vision, Memory, Thought: How cognition emerges from neural network
    • Place of Presentation
      東京大学伊藤国際学術研究センター 東京都文京区
    • Year and Date
      2014-12-06
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Object silhouettes and semantic tuning in human lateral occipital cortex2014

    • Author(s)
      Lescroart MD, Nishimoto S, Gallant JL
    • Organizer
      Society for Neuroscience Annual Meeting 2014
    • Place of Presentation
      Walter E. Washington Convention Center 米国ワシントンDC
    • Year and Date
      2014-11-19
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Visual search for action categories alters semantic representation in the human brain2014

    • Author(s)
      Cukur T, Nishimoto S, Huth AG, Gallant JL
    • Organizer
      Society for Neuroscience Annual Meeting 2014
    • Place of Presentation
      Walter E. Washington Convention Center 米国ワシントンDC
    • Year and Date
      2014-11-16
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 神経科学と計算機科学の融合による発展を目指して2014

    • Author(s)
      西本伸志
    • Organizer
      生命情報科学若手の会第6回研究会
    • Place of Presentation
      理化学研究所多細胞システム形成研究センター 兵庫県神戸市
    • Year and Date
      2014-10-30
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      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 細胞-細胞集団-個体:定量モデル化を介して視覚系脳神経情報処理のミクロとマクロを結ぶ2014

    • Author(s)
      西本伸志
    • Organizer
      第87回日本生化学会大会
    • Place of Presentation
      国立京都国際会館 京都府京都市
    • Year and Date
      2014-10-18
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      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 脳内イメージを可視化する ~モデリングアプローチを用いたヒト脳内表象の定量理解~2014

    • Author(s)
      西本伸志
    • Organizer
      第1回山口大学医学部助教会セミナー
    • Place of Presentation
      山口大学医学部 山口県宇部市
    • Year and Date
      2014-09-19
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      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ヒト7T fMRIを用いた自然動画刺激下における高解像脳活動イメージング2014

    • Author(s)
      西本伸志、上口貴志、黄田育宏、劉国相
    • Organizer
      第42回日本磁気共鳴医学会大会
    • Place of Presentation
      ホテルグランヴィア京都 京都府京都市
    • Year and Date
      2014-09-18 – 2014-09-20
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] モデリングアプローチを用いたヒト脳内視覚・意味表象の定量理解2014

    • Author(s)
      西本伸志
    • Organizer
      YPS・若手会ジョイントセミナー:視覚・知覚・認知科学のための計算論モデリング
    • Place of Presentation
      休暇村志賀島 福岡県福岡市
    • Year and Date
      2014-09-05
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      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 脳活動のモデル化と知覚体験の可視化2014

    • Author(s)
      西本伸志
    • Organizer
      第23回日本バイオイメージング学会学術集会
    • Place of Presentation
      大阪大学銀杏会館 大阪府吹田市
    • Year and Date
      2014-09-04
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    • Invited
  • [Presentation] fMRIを用いたヒト自然視覚情報処理の定量理解:表象、動態、デコーディング2014

    • Author(s)
      西本伸志
    • Organizer
      埼玉大学脳末梢科学研究センターシンポジウム
    • Place of Presentation
      埼玉大学総合研究棟 埼玉県さいたま市
    • Year and Date
      2014-06-19
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      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] モデリングアプローチを用いた自然視知覚下脳活動の定量理解2014

    • Author(s)
      西本伸志
    • Organizer
      生理学研究所研究会 「視知覚の現象・機能・メカニズム - 生理学的、心理物理学的、計算論的アプローチ」
    • Place of Presentation
      生理学研究所 愛知県岡崎市
    • Year and Date
      2014-06-12
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Remarks] CiNet西本グループ

    • URL

      http://www2.nict.go.jp/cinet/bnc/nishimoto/index.html

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  • [Remarks] CiNet西本グループ

    • URL

      http://www2.nict.go.jp/cinet/bnc/nishimoto/

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      2014 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 素材評価方法、及び素材評価装置2016

    • Inventor(s)
      西本伸志, 西田知史, 柏岡秀紀
    • Industrial Property Rights Holder
      西本伸志, 西田知史, 柏岡秀紀
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2016-007314
    • Filing Date
      2016-01-18
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      2015 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 視聴素材評価方法、視聴素材評価システム、及びプログラム2016

    • Inventor(s)
      西本伸志, 他7名
    • Industrial Property Rights Holder
      西本伸志, 他7名
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2016-007307
    • Filing Date
      2016-01-18
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 脳活動の解析による知覚意味内容の推定方法2015

    • Inventor(s)
      西本伸志, 柏岡秀紀
    • Industrial Property Rights Holder
      西本伸志, 柏岡秀紀
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2015-077694
    • Filing Date
      2015-04-06
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      2015 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 脳活動の解析による知覚意味内容の推定方法2015

    • Inventor(s)
      西本伸志、柏岡秀紀
    • Industrial Property Rights Holder
      西本伸志、柏岡秀紀
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2015-077694
    • Filing Date
      2015-04-06
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

URL: 

Published: 2014-04-04   Modified: 2018-03-28  

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