大脳皮質感覚系における適応的神経表現とその二次元地図に関するモダリティ間共通性

大脑皮层感觉系统中的自适应神经表征及其跨模式的二维共性

基本信息

批准号：
11J04424
负责人：
寺島裕貴
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

過去の研究は、大脳皮質の一次視覚野(Vl)、さらには一次聴覚野(A1)における効率的な符号化(スパースコーディング)を示唆している、しかし、同様の符号化戦略が他の領野でも有効なのかどうか、また、皮質表面上における空間配置を同時に考慮するモデルもまた普遍的なものかどうかという課題が残されている。そこで本研究課題では、(A)スパースコーディングのモダリティ間普遍性、(B)二次元地図を考慮したスパースコーディング、という2つの観点から、皮質感覚系モダリティ間の共通性と差異に潜む原理を探究してきた。(A)の観点からは、私の予備的な研究(Terashima & Hosoya, 2009)を拡張し、より生物学的に妥当な条件下で評価した。得られた結果は前年度末にNeurocomputing誌に発表し、今年度は学会等で成果を報告した。(B)の観点からは、A1とV1で近年発見された異なる機能的地図構造を統一的な観点から説明し、さらに神経科学的な議論を進めた。V1では反応特性が皮質表面で滑らかな変化を示すのに対し、A1では乱雑である。この違いは両領野が異なる情報処理戦略を採っている可能性を示唆するが、私は同一の適応戦略が両方の地図を生成し得るという仮説を提唱した。かつてV1向けに提唱されたトポグラフィック独立成分分析を用い、その入力として自然画像ではなく自然音を用いることで、A1に似た乱雑な地図を生成した。さらに、これまでV1でしか議論されてこなかった複雑細胞をAlで議論し、Alで知られるピッチ細胞が複雑細胞と相同である可能性を指摘した。得られた結果は前年度にNeural Information Processing Systemsで発表し、今年度は招待講演を含む学会発表で報告した。

先前的研究表明，在大脑皮层的初级视觉皮层（Vl）甚至初级听觉皮层（A1）中进行有效编码（稀疏编码），但类似的编码策略已在其他区域得到证实，然而，是否有效仍存在疑问。是否有效，以及同时考虑皮质表面空间排列的模型是否具有普适性。因此，在本研究项目中，我们将从两个角度探讨皮层感觉系统模态之间的共性和差异背后的原理：（A）跨模态的稀疏编码的普遍性，以及（B）考虑二维映射的稀疏编码I'。我一直在这样做。从 (A) 的角度来看，我扩展了我的初步研究（Terashima & Hosoya，2009），并在更生物学相关的条件下对其进行了评估。获得的成果于去年年底发表在《Neurocomputing》杂志上，今年又在学术会议上进行了报告。从(B)的角度，我们从统一的角度解释了最近在A1和V1中发现的不同功能图结构，并进一步推进了神经科学讨论。在V1中，皮质表面的响应特征表现出平滑的变化，而在A1中，它们是无序的。这种差异表明这两个区域可能采用不同的信息处理策略，我提出了这样的假设：相同的自适应策略可以生成这两个地图。通过使用之前为 V1 提出的地形独立分量分析，并使用自然声音而不是自然图像作为输入，他们生成了类似于 A1 的杂乱地图。此外，我们还讨论了Al中的复杂细胞（仅在V1中讨论过），并指出音调细胞（称为Al）与复杂细胞同源的可能性。获得的结果去年在神经信息处理系统上发表，今年在一次学术会议上进行了报告，其中包括一场邀请报告。