2018 Fiscal Year Research-status Report
Cortical network for selective attention based on border ownership integration
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17K12704
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| Research Institution | Toho University |
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Principal Investigator |
我妻 伸彦 東邦大学, 理学部, 講師 (60632958)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | Border Ownership / 図領域統合 / 神経細胞同期発火 / 注意選択 / 神経回路ネットワークモデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者は、高次視覚領野からのフィードバックを仲介するNMDA受容体シナプスが図領域検出(BO)細胞同期の起源であると考えた。脳の階層構造の中で、情報統合の皮質表現である同期発火により、図領域が統合され、これが注意選択の起源になると考えられる。この仮説を大脳視覚系の計算モデル構築とそのシミュレーションを通じて検証した。
研究代表者が構築した神経回路ネットワークモデル(Wagatsuma et al., J. Neurophysiol., 2016)を拡張し、より厳密なBO細胞同期発火の皮質メカニズムを計算論的に検証した。物体識別を行う視覚経路と空間情報知覚を担う視覚経路から、フィードバックがBO細胞へと独立して投射される神経回路モデルを構築した。拡張したモデルは、電気生理実験で観測されたBO細胞の同期発火特性をより正確に再現した。この研究成果は、2019年に行われる国際会議Computational Neuroscience Meeting (CNS 2019)に採択された。また、欧米学術論文誌に投稿する論文を現在執筆している。
研究代表者は、ヒトの視線位置を予測するSaliency MapモデルにBO細胞を導入し、図領域統合が注意選択の起源となる仮説を検証した。図領域を統合する細胞集団が協働するSaliency Mapモデルは、先行モデルよりも、ヒトの視線位置を定量的に良く予測した。これは、図領域統合がヒトの注意選択に重要な役割を果たす可能性を示唆する点で重要である。この研究結果は、国際会議CNS 2017だけでなく学術論文誌Neural Networksに採択された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究代表者は、以前に構築した神経回路ネットワークモデル(Wagatsuma et al., J. Neurophysiol., 2016)を拡張し、より厳密な図領域検出(BO)細胞同期発火の皮質メカニズムを計算論的に予測した。また、図領域統合が注意選択の起源となるという仮説を検証するため、ヒトの視線位置を予測するSaliency MapモデルにBO細胞を導入した。図領域統合が注意選択に果たす役割を計算論的に検証した。これらのモデルのシミュレーションから、研究代表者の仮説を支持する結果が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究代表者は、脳の階層構造の中で、情報統合の皮質表現である同期発火により、図領域(BO)が統合され、これが注意選択の起源になるという仮説を神経回路ネットワークモデルの構築とシミュレーションから検証してきた。これまでの研究から、この仮説を支持する結果が得られている(Wagatsuma et al., 投稿準備中; Wagatsuma, Neural Networks, 2019)。しかし、図領域を検出するための基本単位となる視覚皮質の局所神経回路は、未解明である。この局所回路内の相互作用がBO細胞同期発火誘発に重要な役割を果たす可能性がある。
今後は、図領域検出の局所神経回路を探求する。そして、局所神経回路内・外の相互作用がBO細胞同期発火と図領域統合に及ぼす影響を計算論的に検証する。近年、３種類の抑制性細胞(PV, SOM, VIP)の相互作用が視覚情報処理とその応答ダイナミクスに重要な役割を果たすことが神経生理学的に示された。これは、抑制性細胞がBO細胞の同期発火に寄与する可能性を示唆していると考えられる。神経生理学的知見に忠実な３種類の抑制性細胞を、これまで構築した神経回路ネットワークモデルに導入する。これらの抑制性細胞がBO細胞同期と図領域統合における役割をシミュレーションから同定することを計画している。これにより、より厳密なヒト注意選択の皮質メカニズムを明らかにできると期待している。
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| Causes of Carryover |
研究代表者は、2018年4月に東京電機大学理工学部情報システムデザイン学系から東邦大学理学部情報科学科へと異動した。そのため、研究環境の再セットアップなど予想外のエフォートが発生し、予定していた助成金の執行が困難となった。2018年度に執行できなかった金額を繰越金として、2019年度に使用する手続きを行った。
次年度に繰り越した研究助成金は、効率良いモデルシミュレーションを実行するための計算機購入、または研究成果を発表するための旅費(Computational Neuroscience Meeting 2019 (CNS 2019))に使用することを計画している。
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