視覚情報と選択的注意を統合する神経回路と皮質表現--計算論的研究

整合视觉信息和选择性注意的神经回路和皮质表征——计算研究

基本信息

批准号：
19K12737
负责人：
我妻伸彦
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Toho University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K12737/
关键词：
大脳初期視覚野選択的注意抑制性細胞神経回路ネットワークモデル計算論的モデル大脳視覚野局所神経回路視覚入力視知覚情報統合神経回路モデル第1次視覚野第2/3層局所神経回路視覚情報処理抑制生細胞大脳視覚野初期視覚野第2/3層視覚的注意シミュレーション

项目摘要

視覚情報と選択的注意の統合における神経回路の皮質表現特性を計算論的に検証するため、本研究では、脳視覚野V1 第2/3層の神経回路モデルを構築した。このモデルは、近年の神経科学的知見に忠実に基づき、性質が異なる3種類の抑制性細胞と興奮性細胞により構成される。さらに、興奮性細胞間のシナプス結合強度は、計算論的知見に基づき対数正規分布に従う。これまでの研究では、網膜から伝達される視覚入力や高次視覚系からの信号である選択的注意を神経回路モデルに適用することにより、特定の抑制性神経細胞が情報統合に重要な役割を果たす皮質メカニズムを予測した。これらの成果を受け、神経回路における情報伝達強度と速度に相当するシナプス結合強度と伝達速度のモデルパラメータを様々な値に設定し、情報統合におけるそれぞれの抑制性細胞が果たす役割を検証した。このような神経回路における情報伝達強度と速度を変える研究は、動物を用いた電気生理実験では困難な方法である。選択的注意は特定の抑制性細胞へと適用され、それがさらに異なる抑制性集団へと伝達されることで神経回路における情報統合が行われる。これら抑制性細胞種類間の情報伝達速度を遅延させることで、選択的注意による興奮性細胞の活性化が阻害されることが提案する神経回路モデルシミュレーションから示唆された。これは、選択的注意による情報を統合し、視知覚を形成するためにはV1第2/3層内の迅速な情報伝達が必須となる可能性を示唆している点で重要である。これらの成果は神経科学論文専門雑誌Cerebral Cortexをはじめとする欧米論文誌に掲載された。

为了在计算中验证神经回路在视觉信息和选择性关注的整合中的皮质表示特性，我们为大脑视觉皮层V1的第二和第三层构建了神经电路模型。该模型基于最近的神经科学知识，由三种类型的抑制性和兴奋性细胞组成。此外，兴奋性细胞之间的突触结合强度遵循基于计算发现的对数正态分布。先前的研究预测了皮质机制，其中特定的抑制性神经元通过应用选择性注意力在信息整合中起重要作用，这是从视网膜传播的视觉输入以及从高阶视觉系统传播到神经电路模型的信号。基于这些结果，我们为突触结合强度和传输速率设置了各种模型参数，这些参数与神经回路中的信息传递强度和速度相对应，以验证每个抑制细胞在信息整合中的作用。改变神经回路中信息传播强度和速度的研究是使用动物进行电生理实验的困难方法。选择性注意力应用于特定的抑制细胞，这些抑制细胞进一步传播到不同的抑制群体，从而导致神经回路中的信息整合。这表明延迟这些抑制细胞类型之间的信号传导速率通过选择性注意抑制兴奋性细胞的激活。这一点很重要，因为它表明，在V1的第二和第三层内的快速信息传输对于整合选择性注意信息并形成视觉感知可能是必不可少的。这些结果已在西方期刊上发表，包括专门的神经科学论文杂志，包括大脑皮层。