2016 Fiscal Year Annual Research Report
特徴次元統合における視覚的顕著性の神経加算様式の解明
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26290004
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
小川 正 京都大学, 次世代研究創成ユニット, 特定専門業務職員 (50311197)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三浦 健一郎 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (20362535)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 眼球運動 / 注意 / 顕著性 / サル / 頭頂葉 / サッカード |
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| Outline of Annual Research Achievements |
【本研究の目的】眼球運動で目標とする物体を探すとき、目標物体が周囲の物体と色や形で大きく異なる場合、目標物体は視覚的に顕著になる。例えば、多数の赤リンゴがあるなかで１つだけある色の異なる青リンゴがあると、視覚的に顕著になり注意を自動的に惹きつける（ボトムアップ型注意という）。さらに色だけでなく形も異なる黄色バナナが存在すると、注意はより目立つ黄色バナナに方に強く惹きつけられる。このように視覚的な顕著性は、色や形の特徴次元での顕著性を重ね合わせることが可能な加算性を示す。視覚的顕著性が複数の特徴次元にわたって加算性を持つことは、注意モデル（saliency map 仮説）によって古くから指摘されていたが、その性質を実際に示した神経生理学的研究はない。本研究では、視覚的顕著性が色や形などの異なる特徴次元で重ね合わせられるときの神経演算過程を、視覚的顕著性を演算していると考えられている後頭頂連合野からニューロン活動を記録し、その演算過程を神経回路モデルでシミュレーションすることにより明らかにする。
【研究実績の概要】２頭のニホンザルに、複数物体の中で１つだけ異なる物体を目標物体として眼球運動で探す視覚探索課題を訓練する。目標物体は色のみ、形のみ、色と形の両方で周囲物体と異なる場合がある。このような視覚探索課題を遂行しているサルの後頭頂連合野（頭頂間溝の後壁外側部）にあるLIP野から、ニューロン活動を記録した。記録されたニューロン活動データに対して、スパイク波形によるソート解析を行い、単一ニューロン活動データにすることにより200以上のニューロンからデータを得ることができた。一方、視覚的顕著性の強さを「刺激呈示から目標に向かう眼球運が生じるまでの反応時間」を用いて行動学的に定量化した。ニューロン活動強度と行動データから推測された目標刺激の顕著性強度の関係性を明らかにした。
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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
複数の特徴次元に由来する視覚的顕著性信号の生起様式
色や形といった基本的な特徴次元が周囲の視覚刺激と異なる刺激は目立ち (visual salient)、我々の注意を引きつける。視覚皮質に入った視覚情報は、特徴次元ごとに異なるニューロン集団で処理されたのち眼球運動系に送られるが、異なる特徴次元で生起された視覚的顕著性信号が独立して送られるのか (race model)、それとも顕著性信号は統合されてから送られるのか (co-activation model) は、まだ明らかにされていない。この問題について考察するために、(1) 形のみ、(2) 色のみ、(3) 形と色の両方で目標刺激が目立つ 3 種類の刺激条件で眼球運動の潜時分布を比較した。もし顕著性信号が特徴次元ごとに独立して送られるのであれば、条件（3）の潜時は条件(1) (2)の潜時からrace modelを用いて予測される値と同程度になると予想されるが、実際にはrace modelでの予測値より短くなった。この結果は、顕著性信号が統合されるco-activation model を支持する。
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| Strategy for Future Research Activity |
行動データによる顕著性信号の強度推定とLIPニューロンによる顕著性表現
［解析Ⅰ］LATER modelを用いることにより、眼球運動の潜時分布から視覚的顕著性信号の強度を推定する。この行動データから推定された顕著性の強度信号と、LIP野から記録されたニューロン活動信号と比較することにより、LIPニューロンの活動情報が顕著性信号をどのように反映しているかを明らかにする。
［解析Ⅱ］さらに(1) 形のみ、(2) 色のみ、(3) 形と色の両方で目標刺激が目立つ 3 種類の刺激条件間を比較することによって、異なる特徴次元で顕著性信号が組み合わさるとき、LIPニューロンの活動がどのように変化するかを明らかにする。
解析Ⅰと解析Ⅱの結果から、「行動データから推定された顕著性の強度信号を、LIPニューロンが特徴次元にかかわりなく一貫した表現様式を保持しているか？」を検討することにより、複数の特徴次元で加算性を持つような視覚的顕著性（saliency map 仮説）の表現がLIP野において実行されているか否かを明らかにする。
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| Causes of Carryover |
実験動物を用いて得られた行動データ・神経活動データが研究計画で予想されたよりも多く収集された。このことにより制度の高いデータ解析や新らしい解析手法の導入が可能になったが、解析に要する時間が大幅に延長した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
LATER modelなどを導入した追加のデータ解析を行うため、解析ソフトの導入費用に充てる。また解析結果をまとめた学術論文を投稿するための校閲、印刷等の費用に充てる。
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