修 士 論 文 の 和 文 要 旨 大学院 情報システム学研究科 氏 論 要 名 一ノ瀬 文 題 目 博士前期課程 情報ネットワーク学 裕 学籍番号 専攻 0451004 視覚カテゴ リータスク の神経メカ ニズムを解 明する 神経ネット ワークモデ ル 旨 視覚による情景認識は、高等生物にとって外界を認識するために最も重要なものである。 我々は、日常、様々な視覚情景に接するが、いかに複雑な情景であっても、それらの大量の 情報を、正確に、またすばやく認識につなげることができる。このような視覚系のすぐれた 認識能力の神経機構を探るため、これまで、視覚系に対して、生理学的、解剖学的、心理学 的、また、理論的な研究が多くなされてきた。それによって、視覚情報処理に関わる脳の各 部位の神経応答に対して様々な性質が明らかにされてきた。 このような視覚認識における重要な問題として、視覚カテゴリー化の問題がある。視覚カ テゴリー化とは、視覚物体の特徴に注目し、それらの間に共通性を見出し、その共通性に基 づいて視覚物体を分類することである。このカテゴリー化によって、我々は外界を構造化さ れたカテゴリーに分類することができ、この能力は、我々が複雑な視覚情景を効果的に認識 する基本となっている。視覚系の脳部位の解剖学的、生理学的知見は、これまで多く得られ てきたが、視覚認識にとって重要なカテゴリー化の神経機構については、まだ、ほとんど明 らかになっていない。 最近、いくつかの実験が、視覚カテゴリー化の神経機構を明らかにするために行われてい る 。 Freedman ら は 、 サ ル に 対 し て コ ン ピ ュ ー タ 上 で 作 成 し た 犬 と 猫 を 任 意 の 割 合 で 混 合 し た 図形を見せ、それらが犬か猫かの判断を行わせるタスクを訓練した。彼らは、タスク遂行中 の サ ル の 前 頭 前 野 （ Prefrontal cortex; PFC） の 活 動 を 調 べ 、 こ の 部 位 の ニ ュ ー ロ ン が カ テ ゴ リ ー タ ス ク に 大 き く 寄 与 し て い る こ と を 報 告 し た 。 ま た 、 Sigala と Logothetisは 、 い く つ かの特徴的なパラメータによってつくられる顔や魚の図形をサルに提示し、それらのパラメ ータの一部に強く依存するようなタスクを訓練させた。彼らは、タスク遂行中のサルの下側 頭 葉 （ Inferior Temporal Cortex; IT） の ニ ュ ー ロ ン の 応 答 を 調 べ 、 こ れ ら の ニ ュ ー ロ ン が 、 タスク達成に必要な図形のパラメータに対して選択的に応答することを報告した。これらの 実 験 は 、タ ス ク 依 存 性 の 視 覚 カ テ ゴ リ ー 化 に お い て は 、PFCや ITが 大 き く 寄 与 し て い る こ と を 示 し て い る が 、PFCや ITに お い て ど の よ う な 情 報 が 処 理 さ れ 、ま た 、こ れ ら の 相 互 作 用 が カ テ ゴリー化にどのように寄与しているのかについては、まだ明らかにはなっていない。 本 研 究 で は 、 こ の 問 題 を 考 え る た め 、 視 覚 シ ス テ ム の 機 能 的 モ デ ル を 提 案 し 、 Sigala と Logothetisが 行 っ た 顔 図 形 の カ テ ゴ リ ー 化 タ ス ク に 対 し て 視 覚 系 の ニ ュ ー ラ ル ネ ッ ト ワ ー ク モ デ ル を 作 成 し シ ミ ュ レ ー シ ョ ン す る こ と で 、ITや PFCと そ れ ら の 相 互 作 用 の 機 能 的 役 割 を 明 確にした。視覚図形は、視覚系の初期段階において、いくつかの異なる空間解像度マップに よって処理される。その中で、中程度の解像度マップがカテゴリー化タスクに必要な視覚図 形 の お お ま か な 特 徴 を 抽 出 す る 。 ITで は 、 こ の よ う な 特 徴 に 反 応 す る 細 胞 が 形 成 さ れ 、 そ れ ら の 特 徴 に 基 づ い た 類 似 性 (Similarity) に よ っ て 視 覚 図 形 を 分 類 す る 。 ま た 、 PFCで は 、 IT から視覚図形の部分的な形と配置の情報を統合し、タスクに重要な情報のみが、過渡的に、 Working memory と し て 保 持 さ れ る 。 PFCと ITは 相 互 に 結 合 し 、 特 に 、 PFCか ら ITへ の フ ィ ー ド バ ッ ク 信 号 に よ っ て タ ス ク に 重 要 な 特 徴 を コ ー ド し て い る ITの ニ ュ ー ロ ン は そ の 応 答 選 択 性 を高める。 本 研 究 で 提 案 す る モ デ ル は 、カ テ ゴ リ ー タ ス ク に お け る PFCや ITに 関 す る 実 験 的 知 見 に 矛 盾することのないものであり、視覚カテゴリー化タスクを達成するための神経機構の１つと して考えられるものである。
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