初期視覚系の神経回路に関する定量的評価と受容野特性の形成メカニズム

• 研究課題/領域番号: 24500460
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 神経・筋肉生理学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 佐藤 宏道 大阪大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (50154092)
• 連携研究者: 澤井 元 大阪大学, 大学院医学系研究科, 准教授 (20202103)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2014年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2013年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2012年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 初期視覚系 / 刺激文脈依存的反応修飾 / 網膜神経節細胞 / 外側膝状体 / 一次視覚野 / 古典的受容野 / 受容野周囲抑制 / 刺激特徴選択性 / 視覚系 / 受容野 / 文脈依存的反応修飾 / ネコ / 活動相互相関解析 / 刺激方位 / 空間周波数

研究成果の概要

視覚系ニューロンの受容野刺激に対する反応は、受容野内外の刺激がもつ図形特徴の関係に依存して強度が変化する（刺激文脈依存的反応修飾）。これは脳が状況に依存して情報処理を最適化する現象であり、このメカニズムを解明することは脳の機能構築原理を理解する上で重要である。以下の点についてネコの初期視覚系（網膜-外側膝状体-一次視覚野）で実験的検討を行い、有意義な結果を得た。
１）刺激文脈依存性は、網膜の段階から見られ、ステージが進むにつれて明瞭になった。２）活動相関を示したニューロンからなる神経回路で、刺激文脈依存性は共通性が見られた。３）この性質はボトムアップ、トップダウン双方の制御を示唆した。

研究成果

• [雑誌論文] Spatiotemporal characteristics of surround suppression in the primary visual cortex and the lateral genicualte nucleus of cat. (2014)
  • 著者名/発表者名: Shimegi, S., Ishikawa, A., Kida, H., Sakamoto, H., Hara, S.-I. and Sato, H.
  • 雑誌名: Journal of Neurophysiology 巻: 112 ページ: 603-619
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Relative spatial frequency tuning of human perception and its contrast dependency. (2014)
  • 著者名/発表者名: Naito, T., Kasamatsu, T. and Sato, H.
  • 雑誌名: Journal of Vision 巻: 14 号: 13 ページ: 23-23
  • DOI: 10.1167/14.13.23
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spike synchronization in cat primary visual cortex depends on similarity of surround suppression magnitude. (2014)
  • 著者名/発表者名: Naito, T., Kasamatsu, T. and Sato, H.
  • 雑誌名: European Journal of Neuroscience 巻: 40 ページ: 1-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] GABAergic inhibition in shaping the spatial frequency tuning of neurons and its contrast dependency in the dorsal lateral geniculate nucleus of cat. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kimura Akihiro
  • 雑誌名: European Journal of Neuroscience 巻: 37 号: 8 ページ: 1270-1283
  • DOI: 10.1111/ejn.12149
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cholinergic modulation of response gain in the rat primary visual cortex (2013)
  • 著者名/発表者名: Soma S, Shimegi S, Suematsu N, Sato H
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 3 号: 1 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1038/srep01138
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modulation-specific and laminar-dependent effects of acetylcholine on visual responses in the rat primary visual cortex. (2013)
  • 著者名/発表者名: Shogo Soma, Satoshi Shimegi, Naofumi Suematsu, Hiroshi Tamura, and Hiromichi Sato.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 8 号: 7 ページ: e68430-e68430
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0068430
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of stimulus spatial frequency, size, and luminance contrast on orientation tuning of neurons in the dorsal lateral geniculate nucleus of cat. (2013)
  • 著者名/発表者名: Naito, T., Okamoto, M., Sadakane, O., Shimegi, S., Osaki, H., Hara, S. I., Kimura, A., Ishikawa, A., Suematsu, N., & Sato, H.
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 77 号: 3 ページ: 143-154
  • DOI: 10.1016/j.neures.2013.08.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cholinergic modulation of response gain in the primary visual cortex of the macaque (2012)
  • 著者名/発表者名: Soma, S., Shimegi, S., Osaki, H. and Sato, H
  • 雑誌名: J. Neurophysiol 巻: 107 号: 1 ページ: 283-291
  • DOI: 10.1152/jn.00330.2011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Relationship between orientation sensitivity and spatiotemporal receptive field structures of neurons in the cat lateral geniculate nucleus. (2012)
  • 著者名/発表者名: Suematsu N, Naito T, Sato H.
  • 雑誌名: Neural Networks 巻: 35 ページ: 10-20
  • DOI: 10.1016/j.neunet.2012.06.008
  • 査読あり
• [学会発表] The similarity of receptive field properties in connections between the retina, the lateral geniculate nucleus and the primary visual cortex of the cat. (2015)
  • 著者名/発表者名: Suematsu, N., Naito, T., Miyoshi, T., Sawai, H. and Sato, H.
  • 学会等名: 第120回日本解剖学会第92回日本生理学会合同大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場
  • 年月日: 2015-03-23
• [学会発表] The Similarity of Receptive Field Properties in Connections between the Lateral Geniculate Nucleus and the Primary Visual Cortex of the Cat. (2014)
  • 著者名/発表者名: Naofumi Suematsu1, Tomoyuki Naito1, Tomomitsu Miyoshi2, Hajime Sawai2, Hiromichi Sato
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会（Neuro2014）
  • 発表場所: 横浜市
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] Underlying mechanisms of temporal shrinkage of receptive field of relay cells in the dorsal geniculate nucleus of the cat. (ネコ外側膝状体中継細胞における時間経過に伴う受容野縮小のメカニズム) (2014)
  • 著者名/発表者名: Kimura, A., Shimegi, S. and Sato, H.
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会（Neuro2014）
  • 発表場所: 横浜市
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] The temporal dynamics and underlying mechanisms of orientation tuning of neurons in the cat lateral geniculate nucleus. (2014)
  • 著者名/発表者名: Naito,T., Suematsu, N., Miyoshi, T., Sawai, H. and Sato, H.
  • 学会等名: 脳と心のノメカニズム、第14回冬のワークショップ
  • 発表場所: 北海道、留寿都
• [学会発表] Mechanism of receptive field generation in early visual pathway: simultaneous recording of retinal ganglion cells and lateral geniculate cells. (2014)
  • 著者名/発表者名: Miyoshi, T., Suematsu, N., Sawai, H., Naito, T. and Sato, H.
  • 学会等名: 第91回日本生理学会
  • 発表場所: 鹿児島市
• [学会発表] Connection principles underlying the spatio-temporal receptive field structure of cat retinogeniculate pathway. (2013)
  • 著者名/発表者名: Sato,H., Suematsu, N., Naito, T., Miyoshi, T. and Sawai, H.
  • 学会等名: IUPS
  • 発表場所: Birmingham, UK
• [学会発表] Spatiotemporal Receptive Field Structures in the Retinogeniculate Connections of Cat (2013)
  • 著者名/発表者名: Suematsu, N.,Naito, T. Miyoshi, T., Sawai, H. an Sato, H.
  • 学会等名: Society for Neuroscience
  • 発表場所: San Diego, USA
• [学会発表] Relationship between the color coordinate of artworks in the HSV space and the subjective evaluation (2013)
  • 著者名/発表者名: Sato, H. and Naito, T.
  • 学会等名: Beauty and Value
  • 発表場所: Berlin, Germany
• [学会発表] The neural representation of brightness and its temporal dynamics in the cat primary visual cortex (2013)
  • 著者名/発表者名: himegi, Soma, S., Suematsu, N., Kimura, A., Sato, A., Yoshioka, D. and Sato, H.
  • 学会等名: Society for Neuroscience
  • 発表場所: San Diego, USA
• [学会発表] Functional role of acetylcholine in the primary visual cortex of rat (2013)
  • 著者名/発表者名: Soma, S., Shimegi, S., Suematsu, N., Mizuyama, R. and Sato, H.
  • 学会等名: Society for Neuroscience
  • 発表場所: San Diego, USA
• [学会発表] Neurons in the cat primary visual cortex is selective for skewed-statistics-related surface properties of visual images. (2013)
  • 著者名/発表者名: Naito, T., Suematsu, N., Miyoshi, T., Sawai, H. and Sato, H.
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] Functional role of cholinergic system in the rat primary visual cortex (2013)
  • 著者名/発表者名: Shogo Soma, Satoshi Shimegi, Naofumi Suematsu, and Hiromichi Sato
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] ネコ網膜神経節細胞及び外側膝状体における輝度コントラスト不変的刺激方位チューニング（Contrast-invariant orientation tuning of retinal ganglion cells and neurons in the lateral geniculate nucleus of cat) (2012)
  • 著者名/発表者名: 内藤智之、末松尚史、三好智満、澤井元、佐藤宏道
  • 学会等名: 第35回日本神経科学大会
  • 発表場所: 名古屋市
• [学会発表] ネコ外側膝状体ニューロンの楕円形受容野を形成する網膜－外側膝状体の機能的結合（Retinogeniculate connection underlying the elliptical receptive fields of the cat lateral geniculate nucleus) (2012)
  • 著者名/発表者名: 末松尚史、内藤智之、三好智満、澤井元、佐藤宏道
  • 学会等名: 第35回日本神経科学大会
  • 発表場所: 名古屋市
• [学会発表] ラット一次視覚野におけるコリン作動性視覚応答調節（Modulation of visual responses by acethylcholine in the rat primary visual cortex) (2012)
  • 著者名/発表者名: 相馬祥吾、七五三木聡、末松尚史、佐藤宏道
  • 学会等名: 第35回日本神経科学大会
  • 発表場所: 名古屋市
• [学会発表] Retinogeniculate connection and elliptical receptive fields of neurons in the cat lateral geniculate nucleus. (2012)
  • 著者名/発表者名: 末松尚史
  • 学会等名: 包括脳夏のワークショップ
  • 発表場所: 仙台
• [学会発表] ネコ外側膝状体ニューロンの楕円形受容野と網膜－外側膝状体間の機能的結合の関係
  • 著者名/発表者名: 末松尚史、内藤智之、三好智満、澤井元、佐藤宏道
  • 学会等名: 第105回近畿生理談話会
  • 発表場所: 関西医科大学（守口市）
• [学会発表] ネコ網膜神経節細胞と外側膝状体ニューロンにおける刺激コントラストに依存しない方位選択性の形成メカニズム
  • 著者名/発表者名: 内藤智之、末松尚史、三好智満、澤井元、佐藤宏道
  • 学会等名: 第105回近畿生理談話会
  • 発表場所: 関西医科大学（守口市）
• [学会発表] The neural representation of lightness in the cat primary visual cortex. (ネコ一次視覚野における明るさを表現するニューロン応答)
  • 著者名/発表者名: Sato, Akinori; Yoshioka, Daiske; Soma, Shogo; Suematsu, Naofumi; Shimegi, Satoshi; Sato, Hiromichi
  • 学会等名: 第90回日本生理学大会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] Response-based suppression of the cat primary visual cortex.
  • 著者名/発表者名: Yoshioka, Daiske;_ Sato, Akinori; Soma, Shogo; Suematsu, Naofumi; Shimegi, Satoshi; Sato, Hiromichi
  • 学会等名: 第90回日本生理学大会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] A new efficient measurement of contrast sensitivity function in the behaving Long-Evans rat.
  • 著者名/発表者名: Soma, Shogo; Suematsu, Naofimi; Shimegi, Satoshi; Sato, Hiromichi.
  • 学会等名: 第90回日本生理学大会
  • 発表場所: 東京
• [備考] 大阪大学大学院医学系研究科認知行動科学教室
  • URL: http://www.vision.hss.osaka-u.ac.jp/
• [備考] 佐藤宏道研究室 最近の業績
  • URL: http://www.vision.hss.osaka-u.ac.jp/index.files/current_papers.html