視角形状と注意力効果の神経表象：fMRIとMEGの証拠から

序論

私たちは常に特定の視角から物体を認識します。多くの場合、観察者が依存する物体の形態、すなわち視角形状は、その客観的形状、すなわち現実世界の物理的形状とは異なります。例えば、45度の角度で回転したコインの視角形態は楕円形やオリーブ形であるのに対し、その客観的形態は円形です。

霊長類は異なる視角、位置、さらには大きさの条件下でも物体を確実に識別することができます。多くの研究は、視角や位置、サイズが変わっても、霊長類が強力な客観的形状の神経表象を維持できることを示しています。しかし、視角形状の神経表象は、客観的形状に比べて注目されることが少ないです。

視角形状の存在については、伝統的に議論がありました。視角形状は直接的に見えるものだとする人もいれば、それらは想像を通じて構築されるものだとする人もいます。視角形状の理解の広さについても意見が分かれています。視角形状の認識には認知的な関与と深い解釈が必要だと主張する人もいれば、高度な認知処理における役割を否定し、視角の変化を単なる感覚の体験と見なす人もいます。

最近の研究はこの話題に再び火をつけました。彼らは二選択強制選択パラダイムを通じて、視角形状の一致干渉条件下で参加者の反応時間が長くなることを発見し、それにより視角形状の認知の存在の証拠を提供しました。この研究に基づき、私たちは視角形状の神経表象と注意の影響について調査することを目指しました。

出典

本論文はYi Lin、Yung-Yi Hsu、Tony Cheng、Pin-Cheng Hsiung、Chen-Wei WuおよびPo-Jang Hsiehらによって共同執筆されました。彼らはNational Cheng Kung UniversityやAcademia Sinicaなど、異なる国や研究機関に所属しています。本論文は《Cortex》誌（第176号）に掲載され、デジタルオブジェクト識別子は10.1016/j.cortex.2024.04.003です。論文は2024年4月5日に受理され、2024年4月26日にオンラインで発表されました。本論文はオープンアクセスです。

実験方法

上記の問題に対処するために、私たちは機能的磁気共鳴画像法（fMRI）、脳磁図（MEG）および多変量デコード技術を使用して、視角形状の時空間神経表象を研究しました。参加者は回転する物体を観察し、彼らの脳活動を測定することで基本的形状と視角形状の神経表象を分析しました。

サンプル選択と実験課題

合計22名の右利きの普通話話者がfMRI実験に参加し、21名がMEGタスクを完了しました。実験では、参加者は物体形状判別タスクと視角形状判別タスクをそれぞれ5回ずつ、合計10回行いました。

刺激材料

実験で使用された刺激は、Moralesらによって作成されたコイン形の物体で、これらの物体は回転させることで異なる視角形状（円形、回転円形、楕円形、大楕円形および小円形）を生成しました。これらの刺激物は形状判別タスクに使用されました。

データ収集と前処理

MRIデータは3Tスキャナーを使用して収集され、MEGデータは磁場シールド室内で306チャネル全頭システムを使用して収集されました。MRIデータの前処理には、時系列補正、動き補正および空間正規化などのステップが含まれます。MEGデータは、MaxFilterソフトウェアを使用して外部ノイズの除去、フィルターの適用、信号空間分離および汚染物のクリーニングなどのステップを実行して前処理されました。

データ分析

fMRIデータの分析にはSPM12ソフトウェアを使用し、一次解析とパターンデコーディング分析を含みます。MEGデータのパターンデコード分析はMATLABとサポートベクターマシン（SVM）を使用して完了しました。異なる形状分類器（円形対楕円形、円形対大楕円形および小円形対楕円形）を訓練し、視角形状への神経表象の傾向を比較しました。

実験結果

fMRIと視角形状表象

fMRIパターンデコードの結果、左右の後頭葉、側頭後頭皮質および後頭葉を含む複数の脳領域が円形と楕円形の神経表象の区別において顕著な差異を示しました。物体形状判別課題では、一部の脳領域（例えば左後頭極、右側後頭外側皮質）がその神経表象が視角形状に傾く傾向を示しました。

MEGと時間的次元

MEGパターンデコードの結果、物体形状判別課題では100msから200ms付近で後頭葉領域の回転円形の神経表象が視角形状に傾く傾向が見られました。一方、視角形状判別課題ではより長い傾向効果を示し、この効果は100msから始まり、200msまで続きました。物体形状判別課題と比較して、視角形状判別課題では300ms付近から側頭葉領域でも傾向効果が見られました。

結論

本研究は、視角形状の神経表象が脳の低次および高次の視覚領域に存在し、これらの神経表象が注意力によって調整されることを示しました。課題の種類に関係なく、外側後頭皮質が物体視角形状の神経表象において重要な役割を果たしていることが判明しました。低次視覚領域（例えば後頭極）は完全な形状情報の処理を示し、「反投」仮設を支持しました。注意力の調整は神経表象に顕著な影響を与え、特に高次の視覚処理領域で顕著であることが示されました。視角形状判別課題では、左側中前頭回が唯一傾向を示す前頭葉領域として、視角形状の意味処理および意思決定プロセスを裏付けました。

本研究は視角形状の神経表象の時空間特性を明らかにし、視角形状神経表象の存在と注意力の顕著な影響を裏付けました。今後の研究では、これらのメカニズムをさらに探求し、視角形状の認知と注意力調整の理解を深化させるべきです。