第一次視覚野における皮質内水平結合の計算論的意義

摘要

第一次視覚野（V1野）の細胞は、網膜で受容された光情報を、受容野を介した演算によって符号化する。この符号化原理の仮説としてBarlow (1961）は、efficient coding (EC）仮説を提案した。このEC仮説に基づくと、V1野の単純型細胞の古典的受容野は、「自然画像をより少ない細胞の活動で、効率的に符号化するために存在している。」と解釈できる。しかしながら、V1野の細胞の古典的受容野は互いに重なっており、かつ自然画像はエッジやテクスチャなどの空間的な構造をもつため、V1野の細胞の反応は互いに統計的に独立ではない。すなわち、古典的受容野による符号化結果には冗長性が含まれている。そこで本研究では、V1野の皮質内水平結合によって、より高い符号化効率が達成されると考えた。まず、符号化効率の評価関数を定義し、自然画像を用いた皮質内水平結合の自己組織化を行った。得られた水平結合の空間分布は、中心興奮、周辺抑制のメキシカンハット型の空間分布を示した。次に、size-tuningやcontextual modulationなど、水平結合が関与していると考えられている現象が、数値シミュレーションにより定性的に再現されることがわかった。