柔軟な記号認知と操作のトップダウン大脳制御-サルECoGから拓く比較認知脳科学

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23300150
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 長谷川 功 新潟大学, 医歯学系, 教授 (60282620)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中原 潔 新潟大学, 超域学術院, 准教授 (50372363) ; 北川 純一 新潟大学, 医歯学系, 准教授 (50373006) ; 川嵜 圭祐 新潟大学, 医歯学系, 助教 (60511178)
• Keywords: 視覚 / マカクザル / 記号

Research Abstract

言語の普遍的本質の一つと考えられる分節化能力を単純化して調べる視覚人工言語のパラダイムを開発するため、物の意味カテゴリーを表す複合記号が、それ自体は無意味な二つの要素図形の組み合わせとして表されるような記号体系を作った。これを用いて、動物実験(行動実験、および電気生理実験の準備)とヒトを対象とした機能的磁気共鳴画像法fMRIによる統合的研究を開始した。具体的には、まず2頭のニホンザルを対象としてこの記号体系の行動訓練を行い、各カテゴリーを代表する物体と複合記号との連想を教えた(初学習)ところ、サルは物体を見ただけで連想すべき複合記号の2つの構成要素図形を選ぶ課題(再学習)が1試行目からチャンスレベル以上の正答率でできた。また、初学習と再学習で、成績が一定の基準に達するまでの試行数が有意に節約されることがわかった。次に、2頭のニホンザルで刺激等価性成立を検証するための視覚対連合学習の訓練を開始した。
東京大学工学部と共同開発した20μm厚の柔軟メッシュ状ECoG電極(Toda et al Neuroimage 2011;特許願2009-1-78454号)をサル用に改変し、次年度に行うECoG計測に必要な、側頭葉広域と前頭前野を覆うための極間2.5mmの192点ECoG電極を設計、製作した。この電極を1頭のサルで前頭葉と側頭葉に留置する手術を行った。
ヒトを対象としても、サルと相同の記号を用いた記号分節化能力を調べるための人工言語を開発し、行動訓練の後、パイロット実験として記号分節化に関する脳部位を調べるためfMRI信号計測を開始した。データは西新潟中央病院の1.5テスラMRI機を用いてエコプラナー法で取得し、記号の分節化に特異的に賦活する前頭葉と側頭葉の部位に関して予備的知見を得た。

Current Status of Research Progress

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

Reason

サルで記号の分節化と対称性認知に関する行動実験を開始して予備的なデータを取得し始め、またヒトfMRI実験も順調に進めていることから。

Strategy for Future Research Activity

前年度に引き続き、行動実験を進めて結果をまとめる。皮質脳波法による電気生理実験を開始する。引き続きヒトfMRIの実験も進める。

Research Products

• [Journal Article] Vergence Eye Movements Signifying 3D Depth Perception from 2D Movies (2012)
  • Author(s): Iijima A, Komagata S, Kiryu T, Bando T, Hasegawa I
  • Journal Title: Displays Volume: 33 Pages: 91-97
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Time-frequency domain analysis of the multi-channel electrocorticogram in the primary visual cortex of the hooded rat (2011)
  • Author(s): Sawahata H, Toda H, Suzuki T, Hasegawa I
  • Journal Title: Acta Medica et Biologica Volume: 58(2)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Simultaneous recording of ECoG and intracortical neuronal activity using a flexible multichannel electrode-mesh in visual cortex (2011)
  • Author(s): Toda H, Suzuki T, Sawahata H, Majima K, Kamitani Y, Hasegawa I
  • Journal Title: Neuroimage Volume: 54 Pages: 203-212
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 3D映像視聴と自律神経 (2011)
  • Author(s): 飯島淳彦, 小杉剛, 木竜徹, 長谷川功, 板東武彦
  • Journal Title: 自律神経 Volume: 48 Pages: 208-210
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Local and retrograde gene transfer into primate neuronal pathways viaadeno-associated virus serotypee 8 and 9 (2011)
  • Author(s): Masamizu Y, Okada T, Kawasaki K, Ishibashi H, Yuasa S, Takeda S, Hasegawa I, Nakahara K
  • Journal Title: Neuroscience Volume: 193 Pages: 249-258
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intrasulcal electrocorticography in macaque monkeys with minimally invasive neurosurgical protocols (2011)
  • Author(s): Matsuo T, Kawasaki K, Osada T, Sawahata H, Suzuki T, Shibata M, Miyakawa N, Nakahara K, Iijima A, Sato N, Kawai K, Saito N, Hasegaw I, equal contribution
  • Journal Title: Frontiers in Systems Neuroscience Volume: 5 Pages: 34
  • DOI: doi:10.3389/fnsys.2011.00034
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ストレス状態の推定に有効な瞳孔反応パラメータの探索
  • Author(s): 飯島淳彦, 小杉剛, 木竜徹, 松木広介, 長谷川功, 板東武彦
  • Journal Title: 生体医工学 Volume: 49(未定)(in press)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Category representation in macaque anterior inferotemporal cortex revealed with simultaneous electrocorticogram and multi-channel unit recording (2011)
  • Author(s): Miyakawa N, Majima K, Sawahata H, Kawasaki K, Kotake N, Matsuo T, Suzuki T, Kamitani Y, Hasegawa I
  • Organizer: Society for Neuroscience 2011
  • Place of Presentation: Washington, D.C.
  • Year and Date: 2011-11-14
• [Presentation] 大脳視覚連合野の皮質脳波から物体視の脳情報を読み解くBMI (2011)
  • Author(s): 長谷川功
  • Organizer: 第41回日本臨床神経生理学会・学術大会
  • Place of Presentation: グランシップ(静岡)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-11
• [Presentation] 皮質脳波法による視覚認知情報の解読とBrain-machine-interfaceへの応用 (2011)
  • Author(s): 長谷川功
  • Organizer: 第48回日本リハビリテーション医学会学術集会
  • Place of Presentation: 幕張メツセ(千葉)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-03
• [Presentation] Intrasulcal ECoG approach to cortico-cortical connectivity using electrical stimulation-induced evoked potentials in macaques (2011)
  • Author(s): Osada T, A J Molcard, Matsuo T, Kawasaki K, Adachi Y, Miyamoto K, Watanabe T, Hasegawa I, Miyashita Y
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川)
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Presentation] Intrasulcal electrocorticography in macaque monkeys (2011)
  • Author(s): Kawasaki K, Matsuo T, Osada T, Sawahata H, Suzuki T, Shibata M, Miyakawa N, Nakahara K, Sato N, Kawai K, Saito N, Hasegawa I
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川)
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Presentation] Composition of double-articulated symbols for categorizing objects in macaque monkeys (2011)
  • Author(s): Iijima A, Hatano Y, Fujisawa N, Hasegawa I
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川)
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Presentation] Category decoding from macaque anterior inferotemporal cortex with simultaneous electrocorticogram and multi-channel unit recording (2011)
  • Author(s): Miyakawa N, Majima K, Sawahata H, Kawasaki K, Matsuo T, Kotake N, Suzuki T, Kamitani Y, Hasegawa I
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川)
  • Year and Date: 2011-09-16
• [Presentation] Electrocorticographically distinguished multiple visual/auditory areas in rat temporal cortex with MEMS-based flexible electrode-meshes (2011)
  • Author(s): Toda H, Sawahata H, Suziiki T, Kotake N, Horie M, Hasegawa I
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川)
  • Year and Date: 2011-09-15
• [Presentation] Estimation of the intracortical LFPs from microECoGs based on spontaneous neuronal activities (2011)
  • Author(s): Sakatani T, Watanabe H, Nishimura y Nambu A, Hasegawa I, Suzuki T, Sato M, Kawato M, Isa T
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川)
  • Year and Date: 2011-09-15