2017 Fiscal Year Research-status Report
運動視覚におけるマルチスケール神経情報処理機構の解明
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15K06709
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
三浦 健一郎 京都大学, 医学研究科, 助教 (20362535)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹村 文 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (90357418)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 運動視覚 / 眼球運動 / 生理学 / 脳・神経 / 神経科学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
視覚システムは高度に並列化された神経経路からなる。本研究で対象とする運動視覚においては、大脳皮質の内外を通る複数の神経経路から構成されることが知られており、それぞれの神経経路では異なる空間解像度あるいは時間解像度で視覚運動情報が抽出され、それらの結果を統合することによって最終的な出力に到ると考えられる。視覚像の動きによって起こる視運動性反応には情報処理のスケール（解像度）が異なる複数の神経経路が関わると考えられ、その視覚－運動システムではまさにそのようなマルチスケール情報処理が行われていると考えられる。本研究では、視覚像の動きを解析するシステムとその出力としての眼球運動反応に着目し、運動視覚システムのマルチスケール情報処理のメカニズムの解明を目指す。
平成２９年度では、位相が９０度異なる二枚の正弦波縞刺激を様々な時間間隔で提示して得られた眼球運動反応から視覚システムの時間解像度を定量化する方法を用いて、サルの運動視覚の時間周波数特性を明らかにすると共に、ヒトとサルの相違点を明らかにし、国内外の学会で成果報告を行った。また、マウスを対象とした研究からは、皮質下の視覚システムが皮質に比べて低い時間周波数に感度が高いことや、網膜における視覚情報処理のON経路とOFF経路が異なる時間特性を持つことを示唆する所見が得られ、国内の学会で成果報告を行った。さらに、様々な空間周波数の正弦波縞を様々なスピード（時間周波数）で動かすことによって得られた眼球運動反応を解析し、ヒトとサルの眼球運動反応の異なる時間フェーズが異なる時間・空間周波数特性を持つことを示唆する所見を得た。
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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
平成２８年度までに、ヒトとモデル動物の視覚システムのフィルタ特性と時空間周波数特性を明らかにするための実験手続きを開発し、視覚刺激呈示システムと眼球運動と神経活動の同時記録システムを研究代表者及び研究分担者の研究実施機関に導入した。それを用いて視覚システムの時空間周波数特性と視覚フィルタ特性を調べるための実験を実施し、運動視覚のマルチスケール情報処理を示唆する多くの所見を得た。平成２９年度には、ヒトとモデル動物を対象とした行動実験をさらに進め、ヒトとモデル動物の類似点と相違点を明らかにすると共に、皮質と皮質下の視覚情報処理経路が異なる時間周波数特性を持つことを示唆する所見を得た。また、同様の行動課題を実施しているサルの大脳皮質からニューロン活動を記録し、時間周波数特性と視覚フィルタ特性を調べ、眼球運動に相関する活動を示すニューロンを発見している。構成的研究では、これまでに取得したデータを基にして、運動視覚の情報処理メカニズムを推測し、複数の異なる時空間解像度を持つ視覚情報処理過程を眼球運動制御モデルに組み込み、画像入力から眼球運動出力を得るまでのプロセスをコンピュータシミュレーションで再現した。これまでの結果から、運動視覚システムのマルチスケール情報処理のメカニズムが明らかになりつつある。尚、本年度までに得られた、ヒト及びサルを対象とした研究の成果の一部は国際的な論文誌に掲載済であり、他の成果についても学会において報告した。平成２９年度に得られた成果については次年度の学会報告および論文投稿を予定している。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの動物を対象とした実験の結果から、運動視覚の時間周波数特性の違いに起因すると考えられる眼球運動の個体差があることがわかってきた。平成３０年度は、眼球運動の個体差の原因が大脳皮質の神経活動の差にあることが予想されるため、大脳皮質の活動と眼球運動との関係を調べることを目的とした神経生理学実験および薬理学的実験を追加で実施する計画である。また、その結果を構成的研究で作成したモデルを用いたシミュレーションで再現し、運動視覚のマルチスケール性とその個体差についてさらに詳細に理解する。また、平成２９年度までに行われた研究および３０年度の研究の成果について国内外の学会で報告すると共に、順次論文誌に投稿する計画である。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由については、本年度に予定していた実験動物の購入と成果報告の一部、論文投稿の一部を次年度に行うこととしたためである。また、次年度は動物実験の実施にかかる実験動物の購入、実験消耗品、共同実験のための旅費、国内外の学会での研究成果報告のための旅費、論文誌投稿のための費用として使用する計画である。
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