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紡錘状回(顔領域)への2つの入力経路

 網膜には、形や色に対して反応する錐体細胞と、明暗に反応する桿体細胞があるが、中心視野には錐体細胞が多い。中心視野の情報は側頭葉の底部に送られる。

 顔画像を見ているときに、側頭葉底部の一部分が強く活動し、そこは「紡錘状回」と呼ばれる顔領域が存在する。そこに障害があると「相貌失認」(声を聞けば誰かわかるが、顔を見ても認識できない)という症状が出る。

 顔を想像した場合にも紡錘状回は同じように活動するが、注意に関係する前頭葉や、記憶に関係する海馬からも信号が送られくる。また線画による顔の絵やニコちゃんマークを見ても、この顔領域は活動する。その内側にある海馬傍回には、風景や建物を見ているときに活動する建物領域が存在する。

 顔を見たときに特に強く反応する脳領域は、発達とともに次第に明瞭になってくる。五、六歳の子供が顔の画像を見ると、側頭葉の底部に活動が見られるものの、ひとつのかたまった領域としての活動ははっきりしない。10歳を過ぎるころになると、顔領域としてのひとまとまりの部分に脳活動がみられる。

 多少の個人差はあれ、概ね一致した脳の特定の部位に見られるようになってくることは、もともとその部位の神経細胞が顔の情報処理に適した性質を持っていることを意味している。例えば表情の分析を行うために、感情の処理に関連した脳領域と線維連絡を持った神経細胞集団が顔情報処理に適しているのであろう。人によって脳のぜんぜん違った場所に顔領域や建物領域が存在することはない。

 文字を見ているときに強く活動する脳領域は、左大脳半球の側頭葉と後頭葉の境界部分に存在する。しかし単なる文字の形態認知ではなく、この文字がなんらかの言語的意味処理を必要とするシンボルであるという認識を持ってはじめて、この文字領域は活動する。文字を読むという新たな脳領域の出現というよりは、脳領域間の線維連絡の変化によって獲得されたと言ってよいかもしれない。

 顔領域の活動は顔の外見だけでなく、むしろその被験者がその顔をどのように認識するか、すなわち主観的な顔のアイデンティティーを反映している。この「もの」のカテゴリー特異的な脳活動が、その「もの」自体によって規定されているのではなく、その「もの」が何であるかを認識する主観によって左右されている。つまり外界からの情報を一次視覚野を経由して受け取る領域と、心の内面を表した情報を前頭葉海馬などから受け取る経路のふたつが、顔領域への入力として存在することを意味している。

 また文字が読めてその意味を理解できるようになってはじめて、文字領域が活動するという事実から、脳の視覚領域は外界から得られた情報を受身で反応しているのではなく、過去に得られた視覚情報についての情報を統合した上で、現在の視覚情報を分析している。

 脳の視覚領域には、外界を自己の内部に表象する役割だけでなく、自分の経験や意図に基づいて外界を解釈する役割もある。

詳しくは、
心の脳科学―「わたし」は脳から生まれる (中公新書)



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テーマ : 自然科学
ジャンル : 学問・文化・芸術

tag : 紡錘状回 顔領域 相貌失認 主観 前頭葉 海馬

網膜地図

 網膜には約80万本の視神経があり、それらは視床の外側膝状体を通って、1次視覚野(V1)に至る。V1に映し出される外界の情報は上下、左右が反転している。線対称に2次視覚野(V2)はV1の網膜地図を引き継ぎ、さらに3次視覚野(V3)も線対称にV2の網膜地図を引き継ぐ。

 位置情報を処理する頭頂葉にも、視野の位置に応じた網膜地図が存在するが、側頭葉についてははっきりしない。

 意図的な注意は、前頭葉網膜地図上の特定の空間位置に対応した神経細胞活動の増加として現われ、その神経インパルスが同じ空間位置に対応した、後方の視覚領域の網膜地図に伝えられる。
 
 一次視覚野から頭頂葉前頭葉にいたるすべての視覚関連領域で、外界の情報の空間位置関係が整然と保たれているそうである。

詳しくは、
心の脳科学―「わたし」は脳から生まれる (中公新書)




テーマ : 自然科学
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tag : 網膜地図 視神経 外側膝状体 1次視覚野 2次視覚野 頭頂葉 前頭葉

「人工記憶」とオプトジェネティクス

においと電気ショックの恐怖回避学習を、ハエに光を当てる方法で、その訓練なしで記憶させることに成功した。 12個のニューロンが、その仕組みを担っていることも突き止めたそうである。
「人工記憶」ハエに書き込み 英米チームが成功

従来、脳細胞を調べるには、電極で記録する方法がとられてきたが、光学と遺伝子工学を組み合わせて特定のタイプの細胞を研究するオプトジェネティクスという分野が芽生えている。
例えば、ドーパミンを作る遺伝子のスイッチをオンにする遺伝子のプロモーターと色素をコードする遺伝子をつなぎ、動物に組み込めば、ドーパミン作動性細胞が機能している様子を見ることができる。
またロドプシン(光吸収アンテナ)をコードする遺伝子をニューロンに組み込み、光を当てることによって、ニューロンが発火する駆動装置を開発し、それをショウジョウバエの「逃避反射」を制御する指令ニューロンに組み込んで、光をあてることにより、その反射を制御することができた。

先の「人工記憶」の実験もオプトジェネティクスを応用したものではないかと思われる。

詳しくは、
脳科学のフロンティア
意識の謎 知能の謎 (別冊日経サイエンス 166)

「脳活動を照らし出す オプトジェネティクス


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tag : オプトジェネティクス ニューロン ロドプシン ショウジョウバエ 人工記憶

ニューラルネットワークとカタストロフィック干渉

 ニューラルネットワークで、先に学習した項目の再認成績が、後続の学習によって著しく低下することを、カタストロフィック干渉と呼ぶ。いくつかの解決案が提案されているが、これといったものはない。「新生ニューロンと学習」という考え方をニューラルネットワークに応用できれば解決できるのではないだろうか。つまり今まさに活性化しているネットワーク部分の新生ニューロンが、そこに組み込まれることにより、先行学習に影響を与えずに学習を可能とするような。
 しかし、エピソード記憶のような一撃学習には更なる工夫が必要であろう。

「Ratcliffは、3層のネットワークを用い、先に学習した項目が、後続の学習によってどのような影響を受けるかを検討した。シミュレーションの結果、先に学習した項目の再認成績が後続の学習によって著しく低下することを見いだし、コネクショニストモデルが系列的な記憶のモデルとして適切でないと主張した。同様の傾向は、McCloskey & Cohenによるシミュレーションでも見いだされており、安定解が破壊されると言う意味で、彼らはこの効果をカタストロフィック干渉と名づけている。カタストロフィック干渉は、母国語の習得のように忘却が起こりにくい現象を扱う場合、特に問題となる。
 カタストロフィック干渉に対する方策として、先の学習で得られた結合強度を固定し、後続の学習の影響を回避する手続きや、学習によって得られた隠れ層の表象内で、活性化が最小のユニットの値を消去し、活性化が最大のユニットの値を増大させる活性値の先鋭化などが提案された。こうした手続きは、ある程度有効であるが、ネットワークの可塑性や一般化能力を低下させてしまう(安定性・可塑性のジレンマ)。このジレンマを克服するには、Carpenter & GrossbergによるART(Adaptive Resonance Theory:適応共鳴理論)などが有効であることが知られている。
 McClelland, McNaughton, & O'Reillyは、人間の記憶において、脳の大脳新皮質と海馬という2つのシステムが異なる役割を担うと仮定することによって、人間ではカタストロフィック干渉が生起しない理由の説明を試みている。
 つまり、大脳新皮質は情報の構造を漸次的に発見するシステムであるの対して、海馬は新しい情報の獲得を促進するだけでなく、ほかの部分に保持された古い情報を想起させる機能を持つと仮定し、新しい情報が新皮質の構造化された知識システムに徐々に統合される仕組みを説明している。
 Murreは、記憶のTraceLinkモデルを提案している。このモデルでは、長期的に記憶を保持し、潜在記憶に対応するトレースシステムと、その活性化パターンを連合することによって学習を行う、顕在記憶に対応したリンクシステムとが仮定されている。Murreは、トレースシステムは脳の大脳新皮質における処理を、リンクシステムは海馬における処理をそれぞれシミュレートしていると述べている。 」

高次認知のコネクショニストモデル―ニューラルネットワークと記号的コネクショニズム (認知科学の探究) より

テーマ : 自然科学
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tag : ニューラルネットワーク カタストロフィック干渉

馴れと潜在制止

馴れ」と「潜在制止」は、その効果の時間幅に違いがあり、それは脳の回路が別ということなのだう。また「馴れ」は無意識的に働くが、「潜在制止」はある程度意識的な処理が必要と思う。

「動物が、環境の中で何らかの刺激の変化を検出すれば、たとえほかの活動を行っていても、動物は その新規な刺激に注目する。この単純な反射を「定位反射」という。
・・・
しかし、いつまでも同じ刺激に対して定位反射が生じるわけではない。どのような生物でも、同じ刺激が何度もやってくれば、やがてその刺激に対して「馴れ」が生じる。
・・・
しかし、馴れはある程度の時間がたてば消失する。つまり、しばらくその刺激を経験しなければ忘れてしまい、また次回に新たな馴れがはじまる。馴れは一時的な役割しか果たさない。そこが、次に述べる潜在制止と異なる点だ。
・・・
無駄な刺激を積極的に無視し、その刺激には重要な事象のイメージを与えないようにする。このように、選択的にフィルターをかけることを「潜在制止」という。その潜在制止は、脊椎動物の中でも脳の皮質が形成されるようになった鳥類や哺乳類にしか観察されない。」

心の輪郭―比較認知科学から見た知性の進化 より

テーマ : 自然科学
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tag : 定位反射 馴れ 潜在制止

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Author:sai
宮城県出身。寅年生まれ。おうし座。B型。左利き。赤緑色盲。たそがれのプログラマー。

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