2018 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Understanding human recognition of material properties for innovation in SHITSUKAN science and technology |
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| Project/Area Number |
15H05916
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| Research Institution | Tamagawa University |
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Principal Investigator |
小松 英彦 玉川大学, 脳科学研究所, 教授 (00153669)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
郷田 直一 生理学研究所, システム脳科学研究領域, 助教 (30373195)
下川 丈明 株式会社国際電気通信基礎技術研究所, 脳情報通信総合研究所, 主任研究員 (30645312)
本吉 勇 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (60447034)
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| Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 質感 / 光沢知覚 / 美醜判断 / マカクザル / 脳科学 / 素材識別 / 表面反射特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
小松はマカクザルの下側頭皮質の微小電気刺激とムシモル注入の光沢識別課題成績への影響を解析した。光沢選択性細胞の存在場所と、微小電気刺激による影響場所は必ずしも一致していなかった。細胞の分布を詳細に再検討したところ、低光沢刺激で強く応答する細胞が光沢選択性細胞領域の後方に多く存在し、これにより微小電気刺激の結果が説明できる可能性が見いだされた。また光沢選択性細胞領域へのムシモル注入による光沢識別成績の低下は注入から18時間後の方が直後より大きく、複数回注入では最初の注入で効果が最大であった。これらの結果は下側頭皮質に光沢選択領域が複数存在し、それらのネットワークの働きで光沢識別が生じることを示唆する。また透明感に関わる物理パラメータの性質を調べる心理物理実験に着手した。本吉は以下の3つの成果を得た。(1) 様々な表面テクスチャ画像に対する視覚誘発電位を計測し、低次・高次の画像統計量の符号化ダイナミクスの一端を明らかにした。(2) 光景や表面の画像により引き起こされる嫌悪や恐怖の印象が、画像のなかの色信号に対して非対称的な依存性を示すことを見出した。(3) 動的なテクスチャ刺激を用いて、複雑な時空間分布をもつ入力から外界の全体的な様相を判断するメカニズムを心理物理学的に解析し、素早い空間統合と遅い時間統合に基づく知覚的意思決定モデルを提案した。郷田は素材の質感認識で重要な高次画像特徴とその統計量を明らかにするため、これまでの研究で得られた素材質感に関する心理データ（視覚的・非視覚的素材特性の印象）と、物体カテゴリ認識を学習済みの深層ニューラルネットワーク各層の画像特徴との関係についての網羅的解析を進めた。また局所DNN特徴の空間平均といった単純な統計量を制御して特定の素材質感を操作するテクスチャ画像合成手法の開発を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
光沢選択性ニューロンが記録された場所の付近で電気刺激やムシモル注入により、光沢選択性ニューロンの活動を人工的に操作した結果を詳細に解析することで、これらのニューロンが光沢識別行動にどのように関わっているかを説明可能になり、光沢識別の神経機構の理解が前進した。
また感性的質感認知については新しい実験手法の開発が進み、多数の視覚刺激の知覚量や情動価を非常に少ない試行数で順序づけ定量化することを可能にするなど、感性的質感認知メカニズムの理解に向けた方法の開発が進んだ。更に深層学習を用いて質感認知の情報処理の仕組みを調べるために構築した深層ニューラルネットワークの階層においてどのような画像特徴の処理が行われるかの分析が進展し、その結果を利用した質感操作の手法の開発も進んだ。これらのことから順調に進んでいると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
光沢は物体表面の視覚的質感の重要な性質であるが、表面特性にかかわる質感は光沢以外にも存在する。特に透明感や半透明感は我々が日常目にする多くの物体の素材や表面状態の識別に重要である。そこで透明感や半透明感にどのような光学の物理パラメータが関係しているかを調べるための心理物理実験を本格的に進める。またその結果を参考にして、さまざまな透明感や半透明感を持つ画像刺激を作成し、下側頭皮質ニューロンの応答を調べる。光沢に関しては、これまで解析した結果を国際学会で報告すると共に論文を作成して発表する。このように光沢やそれ以外の視覚的質感知覚の神経基盤に関する理解を深めていくことにより、多元的な質感表現の解明を進めていく。
特定の視覚課題において利用される画像情報の時間的発展を分析する新たな心理物理学実験手法と脳波分析を組み合わせ、質感の認知と情動反応の時間ダイナミクスを統一的視野から検討する。また、素材識別を学習したDNNの解析により、素材質感において重要な視覚特徴が明らかになりつつあるので、その特徴を操作して画像を合成する技術を更に進める。今後これらの研究を推進することで、素材の質感に関する情報表現と変換、および脳情報処理との関係を明らかにすることを目指す。
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