物体認識は、脳の価値体系における視覚的特徴の経験に依存した評価によって可能となる

Object recognition is enabled by an experience-dependent appraisal of visual features in the brain's value system.

• Vladimir V Kozunov
• Timothy O West
• Anastasia Y Nikolaeva
• Tatiana A Stroganova
• Karl J Friston

抄録

この論文では、視覚刺激が認識される前と認識された後の反応を、事前の暴露に応じて比較することで、知覚合成に取り組んでいる。脳磁図を用いて、ムーニー図形が意味のある物体として認識される前後のニューロン活動の分布パターンを解析した。認識に誘導された変化は、顔と道具の両方で100-120msで最初に見られた。これらの初期効果は、右下および中後頭部領域では、活動の空間パターンに変化がなくても、パワーが増加することが特徴であった。その後の210-230msのウィンドウ内では、全く異なるタイプの認識効果が現れた。脳の価値観の領域（顔については島皮質、内嗅野、右半球の帯状体、道具については右眼窩前頭前皮質）では、その領域の全体的なパワーの増加はなく、ニューロン活動の再編成が見られた。最後に、曖昧性のない顔刺激を知覚する際には、右房状回で顔特異的な反応が240-290msで出現し、よく知られているN170m成分よりもはるかに大きな潜時性を持ち、重要なことに、価値系領域での認識効果に従っていることを発見した。これらの結果は、知覚合成の最も興味をそそる問題の一つである、知覚の逆問題を解決する際に不確実性を減らすために必要とされる高レベルの予測の限られたセットが、どのようにして視覚野のカテゴリー特異的な処理の前に利用可能になるのかを明らかにすることができます。本研究では、局所的な空間的特徴のサブセットが、価値システムによる物体特異的評価の迅速な再活性化のための部分的な手掛かりとして機能することを示唆している。その結果、価値システムから視覚野へのトップダウン・フィードバックが、特に房状回を中心に、カテゴリー特異的な予測を形成するための高レベルの処理を可能にしている。このように、顔の方が道具よりも価値システムの影響が大きく、これらのカテゴリーの価値情報への依存度が異なることを反映していると考えられます。

This paper addresses perceptual synthesis by comparing responses evoked by visual stimuli before and after they are recognized, depending on prior exposure. Using magnetoencephalography, we analyzed distributed patterns of neuronal activity - evoked by Mooney figures - before and after they were recognized as meaningful objects. Recognition induced changes were first seen at 100-120 ms, for both faces and tools. These early effects - in right inferior and middle occipital regions - were characterized by an increase in power in the absence of any changes in spatial patterns of activity. Within a later 210-230 ms window, a quite different type of recognition effect appeared. Regions of the brain's value system (insula, entorhinal cortex and cingulate of the right hemisphere for faces and right orbitofrontal cortex for tools) evinced a reorganization of their neuronal activity without an overall power increase in the region. Finally, we found that during the perception of disambiguated face stimuli, a face-specific response in the right fusiform gyrus emerged at 240-290 ms, with a much greater latency than the well-known N170m component, and, crucially, followed the recognition effect in the value system regions. These results can clarify one of the most intriguing issues of perceptual synthesis, namely, how a limited set of high-level predictions, which is required to reduce the uncertainty when resolving the ill-posed inverse problem of perception, can be available before category-specific processing in visual cortex. We suggest that a subset of local spatial features serves as partial cues for a fast re-activation of object-specific appraisal by the value system. The ensuing top-down feedback from value system to visual cortex, in particular, the fusiform gyrus enables high levels of processing to form category-specific predictions. This descending influence of the value system was more prominent for faces than for tools, the fact that reflects different dependence of these categories on value-related information.

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