2020 Fiscal Year Annual Research Report
Conformation of the cortical representation of scene
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20H04487
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
酒井 宏 筑波大学, システム情報系, 教授 (80281666)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山根 ゆか子 沖縄科学技術大学院大学, 神経計算ユニット, スタッフサイエンティスト (70565043)
我妻 伸彦 東邦大学, 理学部, 講師 (60632958)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 認知科学 / 神経科学 / 実験系心理学 / 情報工学 / 視覚 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
視覚系が自然光景を理解する過程において，物体特徴等の局所情報が物体ごとに選択的に統合されて，複数の物体が表現されていく機序を明らかにするために、まず，単一細胞および近傍細胞集団による物体特徴の表現と統合について研究を進めた。微小多電極によって記録した多数・多様な自然画像に対するサル視覚皮質の中間領野V4における細胞反応を解析した。呈示画像の特徴を解析し，これら特徴に対する各細胞の選好性を解析した。呈示した自然画像が様々な特徴をもつ物体を含む光景であることに着目し，個々の細胞がどのような選好性を示すかに注目して解析した。輪郭・図方向・色といった特徴に対する受容野構造を推定した。V4の細胞は、輪郭や図方向という高次情報を符号化していることが知られている。このために従来はフォーマルな受容野推定が困難と考えられていたが、本研究では輪郭・図方向に注目したSTA(Spike Trigerred Average)法を提案し、これが実用することを示した。これらの解析結果は細胞が群としてどのような表現をもっているか，複数の特徴をどのように統合しているかを解析する基礎となる。
同時に，同期による選択的統合を基礎とする前駆物体形成の回路機序について研究を進めた。単一細胞によって表現される局所的な特徴が，細胞群による神経回路によって，物体毎に選択的に統合されているとの仮説の検討を始めた。局所フィールド電位(LFP)の位相コヒーレンス（緩やかな同期)を基礎として，選択的統合が生じ，前駆物体の表現が形成されるとの機序を検討した。このために、まず，キャリアとなるγ波が，臨界崩壊（神経雪崩）によって生じる比較的寿命の短い波(<数秒)であることを示した。この結果は、比較的短時間(~1s)のγ波の位相コヒーレンスによって神経信号が選択・統合されて前駆物体が形成されえるとの仮説を検討する基礎となる。
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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
受容野推定(STA)は順調に推移した。しかし、高次元推定ではTensor解析を用いたが、十分な情報が得られなかった。一方、次元推定は当初想定していた以上の情報が得られる可能性が示されたので、次年度以降は次元推定を中心に解析を実施する。
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| Strategy for Future Research Activity |
微小多電極によって記録した多数・多様な自然画像に対するサルV4細胞反応の解析を継続して進める。呈示画像の特徴を解析し，これら特徴に対する各細胞の選好性を解析する。これまで、図方向・図領域に注目して，個々の細胞がどのような選好性を示すか，さらに加えて画像特徴に対する受容野構造を推定した。これからは，複数の特徴(e.g., 形状・輪郭・テクスチャ)に対してどのような選好性をもつか，図領域を含めてどのような組み合わせを示すか，に注目して解析する。同時に，高次元受容野推定の仮説設定のため，自然画像に対する高次元受容野推定を次元解析によって実施する。さらに，形状(輪郭)と面(テクスチャ)に着目して，自然テクスチャを有する自然画像と，そのシルエット(白黒２値)画像に対する神経反応の強度・潜時・次元等の関係を解析し，特徴融合の機構理解を試みる。
形成・統合の回路機序についても引き続き研究を進める。局所フィールド電位(LFP)の位相コヒーレンス（緩やかな同期)を基礎として，選択的統合が生じ，前駆物体の表現が形成されるとの機序を検討するために，LFP波形のダイナミクス解析を実施する。LFPは極めて非定常な現象であることが知られているが，そのダイナミクスは殆ど判っていない。LFPを特徴的なspindleに分解することをNMF(非負行列分解)によって試みる。そして，それぞれのspindleが異なる細胞集団からの断続的な信号伝達であるとの仮説を検討する。これによって，LFPによる情報選択・伝達の機構理解を試みる。
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