【研究領域課題番号】19K07793 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

視覚野 / デコーディング / 集団活動 / イメージング / マウス / 視覚 / 大脳皮質 / 高次視覚野 / 2光子カルシウムイメージング / ポピュレーションコーディング

【研究成果の概要】

脳において情報は多数の神経細胞の集団活動に表現されると考えられているが、その詳細は不明な点が多い。本研究ではマウス大脳皮質視覚野での細胞集団による情報表現を調べた。ある画像をマウスに見せたときには、少数の神経細胞のみが活動するが、画像情報は活動する少数の細胞に安定して表現されていた。また、一次視覚野と二次視覚野の間で、細胞集団の活動には異なる画像特徴が表現されていることが示唆された。さらに、マウスが図形を区別する際の行動戦略や関連した神経活動を明らかにした。

【研究の社会的意義】

これまでの研究から、大脳皮質視覚野では、同時に少数の細胞のみが活動するスパースコーディング知られていた。理論研究から、これは効率的な情報表現であると考えられてきたが、実際の脳内でどのような視覚情報を表現しているのかはわかっていなかった。本研究の成果は、脳内での情報表現を明らかにし、従来の説を実証するものである。特に、不安定な神経活動に、安定して情報を表現しているという脳内での情報表現様式を明らかにした。本研究で得られた知見は、脳の情報処理機序への理解を深めるのみならず、将来的に新規の画像処理アルゴリズムや人工知能の開発などへの貢献が期待される。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】脳計測科学

【研究領域課題番号】17K13276 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

デコーディング / 大脳皮質 / 視覚野 / マウス / 2光子イメージング / 画像再構成 / 集団活動 / ポピュレーションコーディング / 大脳皮質視覚野 / 画像復元 / 学習 / イメージング

【研究成果の概要】

本研究ではマウスの大脳皮質一次視覚野における視覚情報表現及び学習による情報表現の変化の解明を目的とした。自然画像に含まれる情報は少数の細胞の活動から取り出すことができることを明らかにした。また、同じ画像を繰り返し提示した時に、神経活動はある程度のばらつきを示したのに対して、そこから得られる画像パターンは比較的ばらつきが少なく、再現性良く表現されていた。これらの結果から、マウスの一次視覚野では不安定な神経活動にも関わらず、少数の細胞で安定して情報を表現していることを明らかにした。また、マウスが視覚弁別課題を行う際の神経活動の変化の解明も目指した。

【研究の社会的意義】

大脳皮質での情報表現の特徴の一つとして、少数の細胞により情報が表現されるスパースコーディングという考えが提唱されている。理論的な観点からスパースコーディングの利点が提唱されているが、実際の脳内の神経活動はばらつきが大きく、少数の細胞にどのような情報がどの程度安定して表現されているかを実験的に調べた研究はほとんどなかった。本研究の意義としては、生体脳において自然画像のパターンが少数の神経細胞に表現されていること、また、神経活動は比較的不安定であるにもかかわらず、情報が安定して表現されていることを明らかにした点にある。この成果は新規の画像処理や情報処理技術の開発への応用の可能性が期待される。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)