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。

10Hz左右的节律性脑电波（α波）主要在人类闭眼休息状态下的后脑勺观察到。众所周知，α波受到通过眼睛输入的光刺激的强烈影响，在本研究中，使用小波分析和复杂解调方法分析了脑电波对此刺激的相位响应。这揭示了以下两点。 (1)α波对10Hz左右的脉冲光表现出吸引力，但存在多种相位差导致吸引力，并且具有多稳定性。另外，脉冲光呈现后，脑电波随机选择其中一个稳定状态，但这种选择状态不会持续很长时间，并且不断重复吸引和撤回，在几个稳定阶段之间随机变化。这种转变被认为是由内生多自由度非线性动力学引起的，并且发现相夹带的转变时间遵循伽马分布。这种伽玛分布的性质表明，脑电波对脉冲光的吸引力是通过多个离散瞬态发生的泊松过程。换句话说，控制光刺激的接收和识别的区域被认为具有由离散步骤组成的模块化结构。（2）以下实验研究表明，这种脑电波夹带是一种普遍现象，不仅出现在光激活中，而且出现在广泛的认知过程中。也就是说，在图形呈现后出现的伽马波，以及响应声音刺激而出现的阿尔法和伽马波，都在刺激后 150 到 800 毫秒之间显示出特征性收缩。在涉及特别复杂和复杂的识别过程的面部识别中，观察到间歇性伽马波夹带，这与生理学上揭示的主要事件相关电位非常匹配，这被认为反映了从组成形状识别的过渡过程。识别模块的组件可实现个人识别。如上所述，这项研究表明，人脑的视觉识别过程并不很大程度上依赖于刺激的性质，并且以由离散步骤组成的模块化结构作为标准信息处理机制来完成。这一结果对于模拟大脑的认知机制很重要。