広域時空間パターン電気刺激による下側頭葉皮質における物体認識メカニズムの研究

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25350997
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 川嵜 圭祐 新潟大学, 医歯学系, 准教授 (60511178)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 視覚物体認識 / 多点脳刺激法 / 多点脳活動記録法

Outline of Annual Research Achievements

下側頭葉皮質は視覚による物体認識に不可欠な脳領域であり、下側頭葉ニューロンの活動は物体を同定するために必要な情報を符号化している。これまで微小電極法を用いて下側頭葉内の局所領 域から単一細胞の活動を記録することによって、多数の重要な知見が蓄積されてきた。しかし広範囲の領域を高い時間、空間分解能で計測する方法が存在しなかったため下側頭葉皮質の応答様式の全貌は不明であった。申請者らは近年、大脳皮質の広い領域から長期間にわたり高時空間分解能で記録が可能なサル皮質脳波(Electrocorticogram (ECoG))法を確立した。この方法を下側頭葉皮質全域に適用し、視覚応答の伝搬様式や刺激特異的な活動時空間パターンを可視化することに成功した。しかし、物体を正しく認識するためには、皮質の広域にわたり分散して符号化された情報が適切に読み出される必要がある。読み出し方法に関する仮説の一つは広域に分散した情報すべてを読み出しているとする“分散読み出し仮説”である。対極の仮説はごく一部のニュ ーロン集団の情報のみを読み出しているとする “局所読み出し仮説”である。本研究では広域 ECoG 電極を用いて、認知課題遂行中のサルに時空間パターン電気刺激を行い、分散読み出し仮説の可能性を直接的に検証することを目的とした。今年度はサルに学習によって記憶させた視覚図形が広域脳活動の空間パターンに表現されるか検証した実験結果をまとめた。その結果、シータ帯域 (4ー8Hz) の周波数を持つ脳活動の空間パターンが図形の記憶をコードすることが分かった。この空間パターンは36野からTE野、海馬傍皮質の一部にまで広がっていたことから、広域の空間活動パターンが視覚記憶の形成に重要であることが示唆された。これらの報告はオープンアクセス国際科学雑誌Nature Communicationsに受理され公表準備中である。

Research Products

• [Journal Article] Associative-memory representations emerge as shared spatial patterns of theta activity spanning the primate temporal cortex (2016)
  • Author(s): Kiyoshi Nakahara, Ken Adachi, Keisuke Kawasaki, Takeshi Matsuo, Hirohito Sawahata, Kei Majima, Masaki Takeda, Sayaka Sugiyama, Ryota Nakata, Atsuhiko Iijima, Hisashi Tanigawa, Takafumi Suzuki, Yukiyasu Kamitani and Isao Hasegawa
  • Journal Title: Nature Communications Volume: in press Pages: in press
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Alternating zones selective to faces and written words in the human ventral occipitotemporal cortex (2015)
  • Author(s): Matsuo T, Kawasaki K, Kawai K, Majima K, Masuda H, Murakami H, Kunii N, Kamitani Y, Kameyama S, Saito N, Hasegawa I.
  • Journal Title: Cerebral cortex Volume: 25 Pages: 1265-1277
  • DOI: 10.1093/cercor/bht319
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 皮質脳波法で見た下側頭葉皮質の階層的な視覚情報処理ネットワーク (2016)
  • Author(s): 川嵜 圭祐
  • Organizer: 第55回日本生体医工学会大会
  • Place of Presentation: 富山国際会議場（富山県・富山市）
  • Year and Date: 2016-04-26 – 2016-04-28
• [Presentation] Information flow dynamics in inferior temporal cortex involving visual object processing (2015)
  • Author(s): Kawasaki K, Haruna T, Sawahata H, Tanigawa H, Iijima A, Suzuki T, Hasegawa I.
  • Organizer: Society for 2015
  • Place of Presentation: Cicago, USA
  • Year and Date: 2015-10-17 – 2015-10-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Tanigawa H, Takei R, Majima K, Kawasaki K, Suzuki T, Nakahara K, Kamitani Y, Hasegawa I. Decording from ECoG signals reveals the contents of color imagery in macaque inferior temporal and prefrontal cortices (2015)
  • Author(s): Tanigawa H, Takei R, Majima K, Kawasaki K, Suzuki T, Nakahara K, Kamitani Y, Hasegawa I
  • Organizer: The 6th FAONS congress and the 11th Biennial conference of CNS
  • Place of Presentation: Wuzhen, ChIna
  • Year and Date: 2015-09-20 – 2015-09-23
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] サルの下側頭皮質と前頭前皮質からの皮質脳波を用いた色イメージ情報の解読 (2015)
  • Author(s): 谷川 久, 武井 廉, 間島 慶, 川嵜 圭祐, 澤畑 博人, 中原 潔, 鈴木 隆文, 神谷 之康, 長谷川 功.
  • Organizer: 第25回日本神経回路学会全国大会 (JNNS2015)
  • Place of Presentation: 電気通信大学（東京都・調布市）
  • Year and Date: 2015-09-02 – 2015-09-04
• [Presentation] 連合学習に伴うサル内側側頭皮質脳波の 周波数間結合の増大 (2015)
  • Author(s): 中田 涼太, 安達 賢, 川嵜 圭祐, 澤畑 博人, 松尾 健, 鈴木 隆文, 谷川 久, 飯島 敦彦, 長谷川 功, 中原 潔
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] マカクザルの前頭前皮質における図形文字処理に関わる脳内メカニズム (2015)
  • Author(s): 宮島 友章, 飯島 敦彦, 川嵜 圭祐, 谷川 久, 澤畑 博人, 鈴木 隆文, 松尾 健, 長谷川 功
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31