Parallel processing strategy in mid-tier visual areas in primates

灵长类动物中层视觉区域的并行处理策略

• 批准号: 21H02596
• 负责人: 藤田 一郎
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Ritsumeikan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H02596/
• 关键词: 視覚; 両眼立体視; テクスチャー知覚; 大脳皮質; ２光子イメージング; fMRI; 内因性信号光学記録; 一次視覚野; 両眼視差

本研究では、サルやヒトなど霊長類の中期視覚野における視覚的質感と両眼視差の処理を行う経路の特定とその処理内容の理解を進めることを目的とする。従来のサルを用いたシングルユニット活動細胞外記録法による研究の多くは、解析対象の細胞が属する領野の同定はできているが、一つの領野内のサブ構造（例えば、V1のブロブ構造、インターブロブ構造、V2の３種類のストライプ構造）のどれに属しているかが同定されていない。そのため、視覚的質感や両眼視差の情報が、サブ領野構造のどこを通過して処理されているかが不明であり、これら視覚情報の処理経路の正確な理解が得られていない。本研究では、この問題を解決するために、内因性信号光学計測法にサブ領野記法構造の同定と２光子励起カルシウムイメージング法を用いた個々の神経細胞の反応特性の解析とサブ領野内分布を解明することを目的とする。まず、この技術をサル視覚系に適用するための技術開発（新規作成したGCaMP遺伝子ウイルスベクターの注入最適濃度、体積、間隔、経時変化）を行った。新規GCaMP遺伝子はサルの大脳皮質において、高発現し、dF/F（定常状態における蛍光Fに対して差分dFがどのくらいになるかの比率）が４００％にもなる強い蛍光信号を発生し、内因性信号光学計測法により同定したサブ領野との対応をとった神経細胞活動をモニターすることが可能となった。この蛍光信号は6ヶ月以上にわたって計測可能であることが明らかになり、学習などの長期過程の研究に適用できると期待される。2022年６月よりは、ヒトの中期視覚野における両眼視差の情報処理過程を調べるために、両眼立体視を遂行中の被験者の脳機能イメージング（fMRI）研究を行い、研究代表者らが開発した両眼画像相関の段階的操作刺激を用いることで、両眼対応問題を解決している脳部位の同定を試みた。現在、その論文を執筆中である。

这项研究旨在确定在诸如猴子和人类等灵长类动物的中等视觉皮层中处理视觉纹理和双眼视差的途径，并提高人们对加工内容的理解。使用单单单位活性的许多常规研究使用猴子使用细胞外记录方法已经能够识别要分析的细胞所属的区域，但是尚未鉴定出单个领域内的哪些子结构（例如，三种类型的条纹结构：V1 BLOB结构，Interblob结构和V2）。因此，目前尚不清楚通过子场结构处理有关视觉纹理和双目视差的信息，并且无法获得对这些视觉信息的处理路径的准确理解。为了解决此问题，本研究旨在鉴定内源信号光学测量方法中的子场符号结构，并使用两光子激发钙成像方法分析单个神经元的响应特征，并阐明子场内的分布。首先，我们开发了一项技术，将此技术应用于猴子视觉系统（最佳浓度，体积，间隔，随着新创建的GCAMP基因病毒载体的变化）。新型的GCAMP基因在猴子大脑皮层中高度表达，产生了400％的DF/F（差异DF与荧光F的比率（差异与荧光F的比率）为400％），从而可以监测与内源性信号光学测量值相应的与子场相应的神经元活性。据透露，该荧光信号可以测量超过六个月，并有望适用于研究诸如学习之类的长期过程。 Starting in June 2022, we conducted a brain functional imaging (fMRI) study of subjects undergoing binocular stereoscopic vision in order to investigate the information processing process of binocular parallax in the mid-stage visual cortex of humans, and attempted to identify brain regions that solve binocular correspondence problems by using step-by-step manipulation stimuli with binocular image correlation developed by the principal investigators.他目前正在写这篇论文。

项目成果

視能訓練学 第2版

视觉矫正学第二版

• 发表时间: 2023
• 作者: 公益社団法人 日本視能訓練士協会;若山 曉美;長谷部 佳世子;松本 富美子;保沢 こずえ;梅田 千賀子
• 通讯作者: 梅田 千賀子

Explaining coarse visual processing in the subcortical pathway with convolutional neural networks

用卷积神经网络解释皮层下通路中的粗略视觉处理

• 发表时间: 2021
• 期刊: IEICE Technical Report
• 作者: Chanseok Lim;Mikio Inagaki;Takashi Shinozaki;Ichiro Fujita
• 通讯作者: Ichiro Fujita

Cortical mechanism of binocular stereopsis: How our brain constructs the 3D world

双眼立体视觉的皮质机制：我们的大脑如何构建 3D 世界

• DOI: 10.14947/psychono.41.4
• 发表时间: 2022
• 期刊: The Japanese Journal of Psychonomic Science
• 作者: Gen-ichi Tasaka;Kazunari Miyamichi;Fujita Ichiro
• 通讯作者: Fujita Ichiro

3D世界を見る脳のなぞとしくみ：両眼立体視の大脳生理学的基盤

大脑看到3D世界的奥秘和机制：双眼立体视觉的大脑生理基础

• 发表时间: 2022
• 作者: Jie Liu;Hikaru Fujita;Masanori Kitamura;Daichi Shimada;Munetaka Kunishima;藤田一郎
• 通讯作者: 藤田一郎

Analysis of convolutional neural networks reveals the computational properties essential for subcortical processing of facial expression

• DOI: 10.1101/2023.01.18.524656
• 发表时间: 2023-01-19
• 期刊: bioRxiv
• 作者: Lim，Chanseok;Inagaki，Mikio;Fujita，Ichiro
• 通讯作者: Fujita，Ichiro