脳視覚野における確率共鳴現象と視覚情報処理

视觉皮层的随机共振现象和视觉信息处理

基本信息

批准号：
15650038
负责人：
甲斐昌一
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

閉眼安静状態におけるヒト後頭部には、主として10Hz前後の律動的な脳波(アルファ波)が観察される。このアルファ波は、眼球を介して入力される光刺激の影響を強く受けることが知られているが、本研究ではこの刺激に対する脳波の位相応答を、ウェーブレット解析および複素デモジュレーション法によって解析した。これにより以下の2点が明らかになった。(1)アルファ波は10Hz前後のパルス光に対して引き込みを示すが、引き込まれる位相差は複数存在し多重安定性をもつ。またパルス光提示後の脳波はいずれかの安定性を確率的に選択するが、この選ばれた状態は長時間持続せず、絶えず引き込みと脱引き込みを繰り返し、いくつかの安定位相のあいだを確率的に遷移する。この遷移は内因的な多自由度の非線形ダイナミクスに起因すると考えられ、位相引き込みの遷移時間はガンマ分布に従うことがわかった。このガンマ分布の性質から、パルス光に対する脳波の引き込みは複数の離散的な過渡状態を経て実現するポアソン過程的であることが示唆された。すなわち光刺激の受容と認知を司る領域は離散的なステップから構成されるモジュール構造を成していると考えられる。(2)こうした脳波の引き込みは、光賦活だけでなく、認知プロセスに広く現れる普遍的な現象であることが以下の実験的研究から明らかになった。すなわち、図形提示後に現れるガンマ波や、音刺激に対するアルファ波とガンマ波は、いずれも刺激から150〜800msのあいだに特徴的な引き込みを示した。とりわけ複雑で高度な認識プロセスを経る顔認識においては、従来生理学的に明らかにされていた主要な事象関連電位とよく一致するガンマ波の間欠的な引き込みが観察されたが、このことは顔を構成する形状成分の認知から個人同定に至る認識モジュールへの遷移過程を反映するものと考えられる。以上のように、ヒト脳の視覚認識プロセスは、刺激の性質に大きく依存せず、離散的なステップから構成されるモジュール構造を標準的な情報処理機構として有していることが本研究によって示された。この成果は脳の認識機構をモデル化する上で重要である。

在闭合眼睛静止的枕骨状态下，有节奏的脑电图（alpha波）在10 Hz左右观察到。众所周知，这种α波通过眼睛的光刺激输入强烈影响，但是在这项研究中，通过小波分析和复杂的解调来分析脑电图对该刺激的相反应。这揭示了以下两个点：（1）α波显示在10Hz左右的脉冲光中的引进，但是有多种相位差异，使它们具有多重稳定性。此外，脉冲光呈现后的EEG随机选择了其中一种稳定性，但是这种选择的状态不会持续很长时间，并且不断重复拉动和拉入，从而导致几个稳定相之间的随机过渡。该过渡被认为归因于固有的多个自由度非线性动力学，发现相拉的过渡时间遵循伽马分布。这种伽马分布表明，将脑电图拉到脉冲光是泊松的过程，这是通过多个离散瞬变实现的。换句话说，管理接收和识别光刺激的区域被认为是由离散步骤组成的模块化结构。（2）以下实验研究表明，脑波的诱导是一种普遍现象，不仅在光激活中，而且在认知过程中也出现。也就是说，在图形呈现后出现的伽马波和声刺激的α波和伽马波都表现出与刺激的独特拉动。在经历了特别复杂且复杂的识别过程的面部识别中，已经观察到间歇性的伽马波与以前在生理学上揭示的主要事件相关潜力相吻合，这被认为反映了识别识别成分的识别模块的过渡过程，这些成分构成了面部识别的形状成分。如上所述，这项研究表明，人脑中的视觉识别过程不取决于刺激的性质，并且它具有由离散步骤组成的模块化结构作为标准信息处理机制。这项成就对于建模大脑识别机制很重要。