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視覚情報処理における神経細胞の同期が果たす役割を検討するため、bottom-up的な視覚情報とtop-down的な視覚的注意が作用する詳細な初期視覚野の層構造マイクロサーキットネットワークモデルを構築した。さらに、ネットワークモデルを生理学・解剖学的知見に基づく側抑制で結合した皮質ネットワークモデルへと拡張し、その情報処理メカニズムを検証した。
我々の目に投影された視覚情報は、網膜から外側膝状体を通じ、初期視覚野へと伝達される。初期視覚野では、視覚情報のようなbottom-up的情報と視覚的注意に代表されるtop-down的情報が統合的に処理される。本年度の研究では、空間情報と物体情報を仲介すると考えられる初期視覚野を生理学的知見に基づき、層構造の皮質マイクロサーキットモデルを構築した。提案モデルには、bottom-up的な視覚情報、top-down的な視覚的注意、そして2つのマイクロサーキット間の情報を伝達する側抑制を実装した。異なる種類の情報を提案モデルに与え、反応や処理メカニズム、そして情報統合に重要な役割を果たすと考えられる神経細胞間の同期について観測・考察した。視覚的注意は、初期視覚野の皮質マイクロサーキットモデルの反応を強調するだけでなく、モデルを構成する神経細胞のリズムをも変調させた。これらの変調は、top-down的・bottom-up的情報が、比較的初期視覚野で統合される可能性を示唆している点で重要である。
提案モデルにおける出力に相当する皮質層の反応は、サルの神経生理実験で観測された結果と良い一致を示した。これは、実際の視覚皮質がモデルと同様の構造を持つ可能性を示唆している。さらに、top-down的情報による反応の変調は、モデルの入力層と出力層でそれぞれ異なることが観測された。top-down情報の変調におけるこの層依存性は、生物実験で大いに検証する価値があると思われる。
本年度の結果に基づき、視覚のマイクロサーキットモデルをさらに発展させていく予定である。
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