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スパースモデリングを用いた大脳中次視覚野における自然視覚情報処理機構の解明

公募研究

研究領域スパースモデリングの深化と高次元データ駆動科学の創成
研究課題/領域番号 26120536
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関国立研究開発法人情報通信研究機構

研究代表者

西本 伸志  国立研究開発法人情報通信研究機構, 脳情報通信融合研究センター脳情報通信融合研究室, 主任研究員 (00713455)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
2015年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2014年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワード神経科学 / 脳情報デコーディング / 言語モデル / 予測モデル / 自然知覚
研究実績の概要

(1) 大脳皮質視覚野における情報表現をスパースコーディングで解明するため、事象のスパース表現の一つである自然言語を媒介とした情報表象モデルを考案した。このモデルによって、自然動画刺激下において大脳中次視覚野を含む広範囲の脳活動が説明できることを示した。また同モデルの表象内容を解析することで、形容詞等で指示される主観的な知覚意味内容に関する意味空間の定量や、脳活動からの知覚内容解読等が行えることを示した(Nishida et al., 2015 SfN)。また同モデルの中間情報表現を更にスパース化することでモデルの説明能力が向上すること(Kawase et al., 2016 J-SAI)、深層学習由来のモデルを援用することで脳活動から知覚内容を一定精度で文章として取り出すことを示した(Matsuo et al., 2016 J-SAI)。更に本件に関連した特許を3件出願した(Nishimoto et al., 2015, 2016a, b)。
(2) 大脳皮質中次視覚野における細胞情報表現の局所的機能構造を解明するため、V1野およびV4野においてカルシウムイメージング法によって記録した神経活動をスパース表象(運動エネルギー表象)でモデル化した。その結果、V4野においては刺激方位については選択性が似た細胞が局在化しているのに対し、空間周波数についてはその傾向が見られないなど、V1野と異なる局所的機能構造を持つことを示した(Amano et al., 2016 IEICE Technical Report)。
(3) 大脳皮質視覚野における神経細胞単位の情報表象が環境依存で変化すること、またその変化がスパースコーディングによる最適化によって説明できることを実験的に証明することに貢献した(Sasaki et al., 2015 Scientific Reports)。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (35件)

すべて 2016 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち謝辞記載あり 4件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 4件、 招待講演 18件) 備考 (2件) 産業財産権 (4件)

  • [雑誌論文] fMRIを用いた自然視知覚のモデル化とデコーディング2016

    • 著者名/発表者名
      Nishimoto S
    • 雑誌名

      Clinical Neuroscience

      巻: 34 ページ: 186-188

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 特集:MRIによる視覚研究 fMRIによる視覚体験の可視化2015

    • 著者名/発表者名
      Nishimoto S
    • 雑誌名

      視覚の科学

      巻: 36 号: 3 ページ: 56-61

    • DOI

      10.11432/jpnjvissci.36.56

    • NAID

      130005130747

    • ISSN
      0916-8273, 2188-0522
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Supranormal orientation selectivity of visual neurons in orientation-restricted animals.2015

    • 著者名/発表者名
      Sasaki KS, Kimura R, Ninomiya T, Tabuchi Y, Tanaka H, Fukui M, Asada YC, Arai T, Inagaki M, Nakzono T, Baba M, Kato D, Nishimoto S, Sanada TM, Tani T, Imamura K, Tanaka S, Ohzawa I
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: 5 号: 1 ページ: 16712-16712

    • DOI

      10.1038/srep16712

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 自然知覚下脳活動の定量理解:内部表象、動態、デコーディング2014

    • 著者名/発表者名
      西本伸志
    • 雑誌名

      Clinical Neuroscience

      巻: 32 ページ: 1192-1193

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [雑誌論文] Early monocular defocus disrupts the normal development of receptive-field structure in v2 neurons of macaque monkeys.2014

    • 著者名/発表者名
      Tao X, Zhang B, Shen G, Wensveen J, Smith EL 3rd, Nishimoto S, Ohzawa I, Chino YM.
    • 雑誌名

      Journal of Neuroscience

      巻: 34 号: 41 ページ: 13840-13854

    • DOI

      10.1523/jneurosci.1992-14.2014

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Modeling of brain activity during natural vision: object and beyond. International Symposium on Object Vision in Human, Monkey, and Machine.2015

    • 著者名/発表者名
      Nishimoto S
    • 学会等名
      International Symposium on Object Vision in Human, Monkey, and Machine
    • 発表場所
      電気通信大学(東京都調布市)
    • 年月日
      2015-11-05
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Decoding visual experiences: toward a quantitative basis for vision-based BCI.2015

    • 著者名/発表者名
      Nishimoto S
    • 学会等名
      Germany-Japan Adaptive BCI Workshop
    • 発表場所
      京都大学(京都府京都市)
    • 年月日
      2015-10-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 脳・数理モデル化の現在と問題点、そして未来予想:実験神経科学の視点から2015

    • 著者名/発表者名
      Nishimoto S
    • 学会等名
      第25回日本神経回路学会
    • 発表場所
      電気通信大学(東京都調布市)
    • 年月日
      2015-09-01
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 映像知覚の脳内表象2015

    • 著者名/発表者名
      Nishimoto S
    • 学会等名
      映像情報メディア学会年次大会2015
    • 発表場所
      東京理科大学(東京都葛飾区)
    • 年月日
      2015-08-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] High-dimensional modeling of human brain activity.2015

    • 著者名/発表者名
      Nishimoto S
    • 学会等名
      RIKEN QBiC Symposium
    • 発表場所
      理化学研究所QBiC(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-08-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Modeling and decoding of human perceptual experiences2015

    • 著者名/発表者名
      Nishimoto S
    • 学会等名
      第6回新潟大学脳研究所共同研究拠点国際シンポジウム
    • 発表場所
      新潟大学(新潟県新潟市)
    • 年月日
      2015-07-27
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ヒト脳内情報表象と人工知能:現状と期待2015

    • 著者名/発表者名
      Nishimoto S
    • 学会等名
      理化学研究所QBiCワークショップ 「人工知能による科学・技術の革新」
    • 発表場所
      グランフロント大阪(大阪府大阪市)
    • 年月日
      2015-04-03
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 脳活動予測モデル構築を介した脳内表象の定量理解2015

    • 著者名/発表者名
      西本伸志
    • 学会等名
      東京大学駒場MRI立ち上げシンポジウム
    • 発表場所
      東京大学進化認知科学研究センター 東京都目黒区
    • 年月日
      2015-03-27
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Macroscopic functional organization of natural visual representation in the human visual cortex2015

    • 著者名/発表者名
      Nishimoto S
    • 学会等名
      第120回日本解剖学会総会・全国学術集会・第92回日本生理学会大会 合同大会
    • 発表場所
      神戸国際会議場 兵庫県神戸市
    • 年月日
      2015-03-22
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 自然視知覚を支える脳内表象2015

    • 著者名/発表者名
      西本伸志
    • 学会等名
      脳科学若手の会関西支部会セミナー
    • 発表場所
      大阪大学大学院生命機能研究科 大阪府吹田市
    • 年月日
      2015-03-14
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Word-order statistics explain human brain activity evoked by natural movies2015

    • 著者名/発表者名
      Nishida S, Huth AG, Gallant JL, Nishimoto S
    • 学会等名
      International Symposium on Neural Mechanisms of Vision and Cognition
    • 発表場所
      大阪大学脳情報通信融合研究センター 大阪府吹田市
    • 年月日
      2015-03-02 – 2015-03-03
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Encoding and decoding: extending receptive field analysis to study natural vision2015

    • 著者名/発表者名
      Nishimoto S
    • 学会等名
      International Symposium on Neural Mechanisms of Vision and Cognition
    • 発表場所
      大阪大学脳情報通信融合研究センター 大阪府吹田市
    • 年月日
      2015-03-02
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] A corpus-based language model explains distributed semantic representation in the human brain2015

    • 著者名/発表者名
      西田知史、西本伸志
    • 学会等名
      脳と心のメカニズム 第15回冬のワークショップ
    • 発表場所
      ルスツリゾート 北海道蛇田郡留寿都村
    • 年月日
      2015-01-07
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Orientation maps in monkey V1 and V4 visualized at the single-neuron resolution: a 2-photon calcium imaging study2014

    • 著者名/発表者名
      Ikezoe K, Nishimoto S, Fujita I
    • 学会等名
      Vision, Memory, Thought: How cognition emerges from neural network
    • 発表場所
      東京大学伊藤国際学術研究センター 東京都文京区
    • 年月日
      2014-12-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Object silhouettes and semantic tuning in human lateral occipital cortex2014

    • 著者名/発表者名
      Lescroart MD, Nishimoto S, Gallant JL
    • 学会等名
      Society for Neuroscience Annual Meeting 2014
    • 発表場所
      Walter E. Washington Convention Center 米国ワシントンDC
    • 年月日
      2014-11-19
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Visual search for action categories alters semantic representation in the human brain2014

    • 著者名/発表者名
      Cukur T, Nishimoto S, Huth AG, Gallant JL
    • 学会等名
      Society for Neuroscience Annual Meeting 2014
    • 発表場所
      Walter E. Washington Convention Center 米国ワシントンDC
    • 年月日
      2014-11-16
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 神経科学と計算機科学の融合による発展を目指して2014

    • 著者名/発表者名
      西本伸志
    • 学会等名
      生命情報科学若手の会第6回研究会
    • 発表場所
      理化学研究所多細胞システム形成研究センター 兵庫県神戸市
    • 年月日
      2014-10-30
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 細胞-細胞集団-個体:定量モデル化を介して視覚系脳神経情報処理のミクロとマクロを結ぶ2014

    • 著者名/発表者名
      西本伸志
    • 学会等名
      第87回日本生化学会大会
    • 発表場所
      国立京都国際会館 京都府京都市
    • 年月日
      2014-10-18
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 脳内イメージを可視化する ~モデリングアプローチを用いたヒト脳内表象の定量理解~2014

    • 著者名/発表者名
      西本伸志
    • 学会等名
      第1回山口大学医学部助教会セミナー
    • 発表場所
      山口大学医学部 山口県宇部市
    • 年月日
      2014-09-19
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ヒト7T fMRIを用いた自然動画刺激下における高解像脳活動イメージング2014

    • 著者名/発表者名
      西本伸志、上口貴志、黄田育宏、劉国相
    • 学会等名
      第42回日本磁気共鳴医学会大会
    • 発表場所
      ホテルグランヴィア京都 京都府京都市
    • 年月日
      2014-09-18 – 2014-09-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] モデリングアプローチを用いたヒト脳内視覚・意味表象の定量理解2014

    • 著者名/発表者名
      西本伸志
    • 学会等名
      YPS・若手会ジョイントセミナー:視覚・知覚・認知科学のための計算論モデリング
    • 発表場所
      休暇村志賀島 福岡県福岡市
    • 年月日
      2014-09-05
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 脳活動のモデル化と知覚体験の可視化2014

    • 著者名/発表者名
      西本伸志
    • 学会等名
      第23回日本バイオイメージング学会学術集会
    • 発表場所
      大阪大学銀杏会館 大阪府吹田市
    • 年月日
      2014-09-04
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] fMRIを用いたヒト自然視覚情報処理の定量理解:表象、動態、デコーディング2014

    • 著者名/発表者名
      西本伸志
    • 学会等名
      埼玉大学脳末梢科学研究センターシンポジウム
    • 発表場所
      埼玉大学総合研究棟 埼玉県さいたま市
    • 年月日
      2014-06-19
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] モデリングアプローチを用いた自然視知覚下脳活動の定量理解2014

    • 著者名/発表者名
      西本伸志
    • 学会等名
      生理学研究所研究会 「視知覚の現象・機能・メカニズム - 生理学的、心理物理学的、計算論的アプローチ」
    • 発表場所
      生理学研究所 愛知県岡崎市
    • 年月日
      2014-06-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] CiNet西本グループ

    • URL

      http://www2.nict.go.jp/cinet/bnc/nishimoto/index.html

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [備考] CiNet西本グループ

    • URL

      http://www2.nict.go.jp/cinet/bnc/nishimoto/

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [産業財産権] 素材評価方法、及び素材評価装置2016

    • 発明者名
      西本伸志, 西田知史, 柏岡秀紀
    • 権利者名
      西本伸志, 西田知史, 柏岡秀紀
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2016-007314
    • 出願年月日
      2016-01-18
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [産業財産権] 視聴素材評価方法、視聴素材評価システム、及びプログラム2016

    • 発明者名
      西本伸志, 他7名
    • 権利者名
      西本伸志, 他7名
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2016-007307
    • 出願年月日
      2016-01-18
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [産業財産権] 脳活動の解析による知覚意味内容の推定方法2015

    • 発明者名
      西本伸志, 柏岡秀紀
    • 権利者名
      西本伸志, 柏岡秀紀
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2015-077694
    • 出願年月日
      2015-04-06
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [産業財産権] 脳活動の解析による知覚意味内容の推定方法2015

    • 発明者名
      西本伸志、柏岡秀紀
    • 権利者名
      西本伸志、柏岡秀紀
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2015-077694
    • 出願年月日
      2015-04-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

URL: 

公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-28  

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