2015 Fiscal Year Annual Research Report
図地の知覚と皮質におけるその群表現 --- 自然光景の理解に向けて
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26280047
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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) |
田村 弘 大阪大学, 生命機能研究科, 准教授 (80304038)
山根 ゆか子 大阪大学, 生命機能研究科, 講師 (70565043)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 認知科学 / 神経科学 / 脳・神経 / 画像・文章・音声等認識 / 心理物理実験 / 知覚 / 視覚 / 計算神経科学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
視覚の目的は，光景中の何処に何があるかを知ることにある。図地分離は，光景を理解する上で基礎となる根源的な問題である。図地分離の基礎となっていると考えられているのは，輪郭上で図の方向に対して選択性を示すBO(Border Ownership)選択性細胞である。しかし，従来は矩形の刺激群に対する単一細胞記録・解析しか行われていない。本研究は，複雑な自然光景のなかで背景(地)から物体領域(図)を分離する視覚メカニズムを明らかにすることを目的とする。
H27年度は，電気生理実験を実施して，自然画像に対する視覚皮質(V1, V4)にある神経細胞の応答を記録・解析し，その機能の理解を本格的に実施した。定量的な知覚対応をもつ系統的な自然輪郭刺激を呈示して記録を行った。昨年度までに構築した微小多点電極記録におけるCRF位置の自動調整機構システムを稼働させ，作成した自然輪郭刺激群を鎮痛不動化した動物に呈示して，視覚神経細胞の反応を記録した。多数(計1,000個超)の細胞からの同時記録を得ることに成功した。これらの記録をspike sortingし，各細胞のCRF位置，方位選択性，BO選択性，図地(FG)等に対する応答を解析した。 Visual Response, CRF位置等の制約を満たす，図地分離に関連する応答を示す細胞を数十個程認めた。この他，細胞の同期性，選好する輪郭特徴等についても解析を本格化させた。また，計算実験を行って，これらの細胞応答を統合することによって相当の図地識別率が得られることが判った。これらの解析から，V4の相当数の神経細胞がFG選択性を示し，それらが群として図地識別を行っていることが示唆された。
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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
電気生理実験を実施して，自然画像に対する視覚皮質(V1, V4)にある神経細胞の応答を記録・解析し，その機能の理解を本格的に実施した。昨年度までに作成した定量的な知覚対応をもつ系統的な自然輪郭刺激を呈示して記録を行った。構築した微小多点電極記録におけるCRF位置の自動調整機構システムを稼働させ，自然輪郭刺激群を鎮痛不動化した動物に呈示して，視覚神経細胞の反応を記録した。多数(千個超)の細胞からの同時記録を得ることに成功した。これらの記録をspike sortingし，各細胞のCRF位置，方位選択性，BO(Border Ownership)選択性，図地等に対する応答を解析した。 図地分離に関連する応答を示す細胞を60個程認めた。この他，細胞の同期性，選好する輪郭特徴等についても解析を本格化させた。
計算実験によって，細胞群の出力から図方向の機械識別を試みた。具体的には，Support Vector Machineによる図方向判断を行って，群としての識別能力・特性を得た。FG選択性を示す単一細胞では，FG識別率はチャンスレート(50%)を僅かに上回る程度であるが，１０個程度の細胞の反応を統合すると，70%程度の識別性能が得られることが判った。これは，FG判別が単一細胞ではなく，少数の細胞群で行われていることを強く示唆する。 この他，複数細胞の反応に内在する情報を解析した。また，細胞の選好性・CRF位置等に依存した同期解析・共選択性解析も開始した。
大域情報が与える機能を，自然画像に対する視線追跡から解析するために，自然画像を呈示した時の視線追跡実験の予備実験および較正・解析プログラムの開発を行い，十分な精度で視線を追跡できるシステムを構築した。
以上の結果から，当初の研究計画に比して順調に推移していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
H28年度は，自然輪郭に対する V1, V4 細胞の反応解析をさらに進める。パッチの位置を系統的に制御した時の反応から，細胞が図または地に対する選好性を示すかどうかを総合的に解析する。さらに，刺激呈示前，呈示後0-100ms，100-200ms の時期に分けて，BO, FG 選択性について解析し，この結果から神経機構の制約について考察する。同時に，それぞれの時期における発火同期を解析する。BO選択性細胞，FG選択性細胞，選択性を示さない細胞群のそれぞれについて解析する。また，それぞれの細胞ペアについて，呈示した刺激のクラス（BO, FG）に依存して同期が見られるかどうかについて，CRF位置を加味して解析し，複数細胞反応の統合について考察する。
計算実験を並行して行って，FG選択性を示す細胞群の反応の統合による図地表現について検討を進める。複数細胞の反応統合メカニズムについても検討を進める。
大域情報が与える機能を，自然画像に対する視線追跡から解析する。自然画像を呈示した時の視線追跡実験を本格的に実施し，BO判断，FG判断の差異について解析をする。この結果と生理実験・計算実験の結果を合わせて，BO知覚処理とFG知覚処理の神経機構について考察を行う。
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Research Products
(17 results)
