2016 Fiscal Year Annual Research Report
Hierarchical Transformation of Shitsukan Information Representation in the Visual System
| Project Area | Understanding human recognition of material properties for innovation in SHITSUKAN science and technology |
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| Project/Area Number |
15H05921
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
大澤 五住 大阪大学, 生命機能研究科, 教授 (20324824)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐々木 耕太 大阪大学, 生命機能研究科, 助教 (40467501)
田村 弘 大阪大学, 生命機能研究科, 准教授 (80304038)
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| Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 一次視覚野 / 受容野 / 両眼視 / 立体視 / MT野 / V4 / ニューラルネット / 運動視 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
霊長類の視覚系において、一次視覚野V1, V2, V4, MT野での単一細胞記録を行った。 このうち、V1とV4野については32点のマルチ電極により、多数の細胞からの記録を行なった。
MT野からの記録実験では、MT野細胞がうける抑制と興奮性入力の性質を調べた。抑制入力は、空間・時間周波数領域において興奮性入力よりも広範に分布しているため、ピークではそれほど強くはないが、周波数領域全体を積分した総合的強度は必ずしも弱くはなく、興奮生入力とほぼ同程度の強度を持つ。したがって、興奮性と抑制性の入力はMT野の細胞においてはバランスしている。
ネコの初期視覚野において、最初の単純型細胞および複雑型細胞が次の段の細胞に統合される過程の性質をプーリングの観点から研究した。空間におけるプーリングのみならず、空間周波数と方位の領域におけるプーリングを解析した結果、空間周波数領域においてもプーリングを行っている細胞が存在することを初めて示した。さらに、理論的および実験的な解析により、プーリングが両眼視差選択性にもたらす効果を調べた。空間におけるプーリングは両眼性の空間周波数と方位のマッチング精度を飛躍的に向上させ、両眼立体視のための情報処理に重要な役割を担っていることを初めて発見した。逆に、空間周波数領域におけるプーリングは空間的な視差選択性をよりシャープにし、両眼偽対応を除去する効果があることを示した。これらの成果は２編の論文として出版された。
また、サルが複雑な自然状景を見ているときに、サッケードをしながら視野内の情報をサンプリングする仮定での眼球の動きの性質を行動計測実験とモデルによるシミュレーションにより示した。眼球運動は、主として大きなサケードと小さなサケードからなるモード間を、視覚情報の獲得の過程で遷移することが見出された。
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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
研究総括の大澤と分担者の佐々木のグループと分担者の田村のグループが共同し、V1～V４～ MTまでの視覚刺激と多点記録・解析システムを構築し、実験を開始した。多点記録データは、GPUによるスパイクソーティングが必要だが、このシステムも構築し、現在ソーティングの能力とスピードに関して改良を重ねている。実験が進む前には、MTでは多くの細胞を有効に刺激可能であることはわかっていたが、本年度は実際にV4からの記録を行うことで、本研究で使用するダイナミックランダムガボール刺激やダイナミックランダムドット刺激が、多くのV４細胞にとっても有効な刺激であることを確認できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２９年度には、大澤（研究代表者）と佐々木（研究分担者）がV1, V2, MT野等、主として背側経路における電気生理学実験を担当する。また、田村（研究分担者）がV1, V2, V4等の腹側経路を担当する。それぞれのグループでは、大学院生が２～３名参加する。岡田（連携研究者）と協力し、スパースなあるいは少量のデータでも高信頼度の計測を可能にする視覚刺激と解析手法を適用し、自然画像を元にした刺激、画像統計量を体系的に操作した刺激、DRGW刺激、ランダムドット刺激を使ったマイニング的なアプローチにより研究を実施する。
昨年度までに、この研究を実現するための、共通の視覚刺激システムとデータ解析システムを本研究のための合同の実験装置を設置しデータの取得を開始した。本年度はこのシステムをさらに改良して活用し、研究計画のデータの主要部分を取得する。霊長類の視覚経路の内、腹側経路を田村班が、背側経路を大澤・佐々木班が担当し、単一神経細胞からの記録実験を昨年度も行ってきたが、これを継続する。これにより、必要な細胞数やデータの量を得る。この時点で、実験制御コンピューターと、集積されたデータを処理するための解析コンピューターをそれぞれの研究室で使用する。腹側・背側経路相互の情報伝達の様態を調べるために、MTとV4の同時記録実験の準備を行い今年度中のパイロット実験を目指す。この研究では、動きの情報に基づく三次元形状知覚 (structure-from-motion)の神経基盤となる情報伝達等に関する示唆が得られる可能性がある。実験は麻酔不動化されたサルで承認された実験計画に従って行う。
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[Journal Article] Similarity in neuronal firing regimes across mammalian species2016
Author(s)
Mochizuki Y, Onaga T, Shimazaki H, Shimokawa T, Tsubo Y, Kimura R, Saiki A, Sakai Y, Isomura Y, Fujisawa S, Shibata K, Hirai D, Furuta T, Kaneko T, .. Yamane Y, Tamura H, Fujita I, Inaba N, Kawano K, Kurkin S, Fukushima K, Kurata K, Taira M, Tsuitsui K, Ogawa T, Komatsu H, Koida K, Toyama K, Richmond B, Shinomoto S 他
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Journal Title
J Neurosci.
Volume: 36
Pages: 5736-5747
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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