Processing of visual textures in the primary and secondary visual cortex of the mouse

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22J14848
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: BOLANOS FEDERICO 東京大学, 情報理工学系研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2022-04-22 – 2024-03-31
• Keywords: テクスチャ / 視覚情報処理 / 一次視覚野 / 二次視覚野 / 神経応答 / マウス / 視覚システム / 神経原理

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、哺乳類の視覚情報処理において重要な役割を果たすテクスチャの理解を深めることを目的としました。テクスチャは、パターン検出やオブジェクトの区切り、分類などの知覚タスクにおいて重要な情報を効率的に表現します。マウスを用いて、視覚皮質におけるテクスチャの処理を調査しました。
実験では、畳み込みニューラルネットワークを用いて、テクスチャと同じ低次特徴を持つスクランブル刺激を生成し、マウスが異なるテクスチャ間で識別できるかどうかを評価しました。その結果、マウスは異なるテクスチャ家族間での識別が可能であることが示されました。
一次視覚野（V1）と二次視覚野（LM）の神経基盤を調査するために、広域および2光子GCaMPイメージング技術が使用されました。実験結果から、マウスの一次視覚野（V1）と二次視覚野（LM）の神経応答がテクスチャに対して異なることが明らかになりました。LMの応答変調がV1よりも高いことが示されました。さらに、テクスチャ統計量を特徴として使用して個々の細胞の応答を予測するために線形エンコーダモデルが訓練され、LMの神経応答がV1よりもモデルでより適切に捉えられることが示されました。
また、マウスにおけるテクスチャ視覚が存在し、哺乳類の種間でテクスチャ処理の神経原理が保存されていることが示唆されました。今後の研究では、これらの神経メカニズムの詳細をさらに解明し、視覚システムの理解を進めることが期待されます。さらなる研究は、テクスチャ処理のメカニズムを明らかにすることで、視覚認識や知覚タスクに関する理解を深め、人工知能や機械学習の分野において新たなアプローチや技術の開発に貢献することが期待されます。また、視覚システムの機能と構造の比較研究を通じて、哺乳類の視覚処理に共通する原理を探求し、神経科学の基本的な問題に対する理解を向上させることができます。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Efficient coding of natural images in the mouse visual cortex (2022)
  • Author(s): Bolanos, F., Orlandi, J. G., Aoki, R., Jagadeesh, A., Gardner, J., & Benucci, A.
  • Journal Title: bioRxiv Volume: - Pages: -
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Processing of visual textures in the mouse visual cortex (2022)
  • Author(s): Bolanos, F., Orlandi, J.G., Jagadeesh, A.V., Gardner, J.L, Benucci, A.
  • Organizer: Japan Neuroscience Society 2022
• [Presentation] Processing of visual textures in the primary and secondary visual cortex of the mouse (2022)
  • Author(s): Bolanos, F., Orlandi, J.G., Jagadeesh, A.V., Gardner, J.L, Benucci, A.
  • Organizer: COSYNE 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Efficient coding of texture images in the mouse visual cortex (2022)
  • Author(s): Bolanos, F., Orlandi, J.G., Aoki, R., Jagadeesh, A.V., Gardner, J.L., Benucci, A.
  • Organizer: Society for Neuroscience 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ventral stream visual areas support perceptual discriminability of texture images in the mouse (2022)
  • Author(s): Bolanos, F., Orlandi, J.G., Jagadeesh, A.V., Gardner, J.L, Benucci, A.
  • Organizer: FENS 2022
  • Int'l Joint Research