The function of the primary visual cortex in alert visual perception: Mechanisms of dynamic sparse information representation

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17K07050
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Neurophysiology / General neuroscience
• Research Institution: The University of Electro-Communications
• Principal Investigator: TANAKA SHIGERU 電気通信大学, 脳・医工学研究センター, 特任教授 (70281706)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮下 真信 沼津工業高等専門学校, 制御情報工学科, 教授 (20443038)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 視覚情報表現 / 自己組織化 / スパイキングニューロンモデル / 動的デコーディング / スパースコーディング / 覚醒レベル / 注意

Outline of Final Research Achievements

Using geniculo-cortical inputs formed by activity-dependent self-organization, we constructed a spiking neuron network and performed simulations of dynamic neuronal responses to visual stimuli. As a result, it was confirmed that model visual cortex elicited spikes sparsely at each moment. Then we tried to decode spatio-temporal stimulus patterns from neuronal spike patterns, using receptive fields as basis functions. The decoding almost successfully reproduced drifting grating patterns used as visual stimuli. This suggests that the self-organized visual cortex can represent not only stationary visual stimuli but also dynamic ones, which can be decodable.

Free Research Field

理論神経科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来のニューラルネットワークによるデコーディングは、静的な視覚パターンにほぼ限定されていたが、自己組織化によって構成されたスパイキングニューロンからなる視覚野は、動的な視覚刺激についてもデコード可能な形でスパイク放電の時空間パターンとして表現可能であることを示した。このことは、脳において時々刻々と変化する刺激パターンがどのように表現され、読みだされているのかを解明するためのヒントを与える。また、動的刺激をデコードするためのスパースコーディング技術の発展に寄与することが期待される。