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2012 Fiscal Year Annual Research Report

大脳皮質感覚系における適応的神経表現とその二次元地図に関するモダリティ間共通性

Research Project

Project/Area Number 11J04424
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

寺島 裕貴  東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC1)

Keywords計算論的神経科学 / 一次聴覚野 / スパースコーディング / 独立成分分析 / ハーモニー / トノトピー
Research Abstract

過去の研究は、大脳皮質の一次視覚野(V1)、さらには一次聴覚野(A1)における効率的な符号化(スパースコーディング)を示唆している、しかし、同様の符号化戦略が他の領野でも有効なのかどうか、また、皮質表面上における空間配置を同時に考慮するモデルもまた普遍的なものかどうかという課題が残されている。そこで、(A)スパースコーディングのモダリティ間普遍性、(B)二次元地図を考慮したスパースコーディング、という2つの観点から、皮質感覚系モダリティ間の共通性と差異に潜む原理を探究していく。
(A)の観点からは、私の予備的な研究(Terashima & Hosoya 2009)を拡張し、より生物学的に妥当な条件下で評価した。この過去の研究は、サルA1のハーモニーに関連した神経反応を、元来V1向けに提案されたスパースコーディングと呼ばれる理論で説明し、両領野の情報処理戦略が共通であることを示唆した。しかし、モデルへの入力音は人工音であり、生物学的に妥当とは言えなかった。そこで、より妥当な入力音として対象動物であるマーモセットの鳴き声を用いても先行研究と同様の傾向を再現することを示した。得られた結果をNeurocomputing誌に発表した。
(B)の観点からは、A1とV1で近年発見された異なる機能的地図構造を統一的な観点から説明しようとした。V1では反応特性が皮質表面で滑らかな変化を示すのに対し、A1では乱雑である。この違いは両領野が異なる情報処理戦略を採っている可能性を示唆するが、私は同一の適応戦略が両方の地図を生成し得るという仮説を提唱した。かつてV1向けに提唱されたトポグラフィック独立成分分析を用い、その入力として自然画像ではなく自然音を用いることで、A1に似た乱雑な地図を生成した。得られた結果をNeural Information Processing Systemsで発表した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

(A)スパースコーディングのモダリティ間普遍性、(B)二次元地図を考慮したスパースコーディング、の双方の観点から有意義な結果を出し、学術誌に発表することができたため。

Strategy for Future Research Activity

観点(A)スパースコーディングのモダリティ間普遍性:引き続き、視聴覚以外のモダリティとの共通性を探っていく予定である。
観点(B)二次元地図を考慮したスパースコーディング:より詳細なモデル分析を行い、得られた知見を神経生理学へフィードバックしていく予定である。

  • Research Products

    (11 results)

All 2013 2012

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (9 results)

  • [Journal Article] Sparse coding of harmonic vocalization in monkey auditory cortex2013

    • Author(s)
      Hiroki Terashima, Haruo Hosoya, Toshiki Tani, Noritaka Ichinohe, Masato Okada
    • Journal Title

      Neurocomputing

      Volume: 103 Pages: 14-21

    • DOI

      10.1016/j.neucom.2012.07.009

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The topographic unsupervised learning of natural sounds in the auditory cortex2012

    • Author(s)
      Hiroki Terashima, Masato Okada
    • Journal Title

      Advances in Neural Information Processing Systems

      Volume: 25 Pages: 2321-2329

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] On naturalness of natural sounds and complex cells'' of auditory cortex2013

    • Author(s)
      Hiroki Terashiraa, Masato Okada
    • Organizer
      脳と心のメカニズム第13回冬のワークショップ
    • Place of Presentation
      ルスツリソート, 北海道
    • Year and Date
      2013-01-10
  • [Presentation] The topographic unsupervised learning of natural sounds in the auditory cortex2012

    • Author(s)
      Hiroki Terashima, Masato Okada
    • Organizer
      Neural Information Processing Systems 2012
    • Place of Presentation
      Neural Information Processing Systems 2012
    • Year and Date
      2012-12-06
  • [Presentation] A1の乱雑なトノトピーとピッチ選択性の計算論2012

    • Author(s)
      寺島裕貴, 岡田真人
    • Organizer
      日本音響学会聴覚研究会
    • Place of Presentation
      豊橋科学技術大学, 豊橋
    • Year and Date
      2012-11-23
  • [Presentation] On the relationship between natural sound statistics and the auditory cortex: tonotopic maD and pitch selectivity2012

    • Author(s)
      Hiroki Terashima
    • Organizer
      Workshop on statistical aspects of neural coding
    • Place of Presentation
      立命館大学,滋賀
    • Year and Date
      2012-11-02
  • [Presentation] Both ordered retmotopy and disordered tonotopy emerge from natural stimulus statistics2012

    • Author(s)
      Hiroki Terashima, Masato Okada
    • Organizer
      Sensory Coding & Natural Environment 2012
    • Place of Presentation
      Klosterneuburg, Austria
    • Year and Date
      2012-09-11
  • [Presentation] Understanding disordered topography ot auditory cortex through natural sound statistics2012

    • Author(s)
      Hiroki Terashima, Masato Okada
    • Organizer
      The 10th International Neural Coding Workshop
    • Place of Presentation
      Prague, Czech Republic
    • Year and Date
      2012-09-06
  • [Presentation] A computational model of the disordered tonotopy in A12012

    • Author(s)
      Hiroki Terashima, Masato Okada
    • Organizer
      The 4th international conference on Auditory Cortex
    • Place of Presentation
      Lausanne, Switzerland
    • Year and Date
      2012-09-02
  • [Presentation] 自然刺激への適応を通じた大脳皮質視覚野・聴覚野の統一的理解2012

    • Author(s)
      寺島裕貴
    • Organizer
      第10回身体性認知科学と実世界応用に関する若手研究会(ECSRA)
    • Place of Presentation
      東京大学,東京
    • Year and Date
      2012-08-07
  • [Presentation] V1との計算論的相同性をAIのトポグラフィとピッチ選択性に見出す2012

    • Author(s)
      寺島裕貴, 岡田真人
    • Organizer
      脳と心のメカニズム第13回夏のワークショップ
    • Place of Presentation
      仙台国際センター,仙台
    • Year and Date
      2012-07-26

URL: 

Published: 2014-07-16  

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