2024/04/22 更新

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カワサキ ケイスケ
川嵜 圭祐
KAWASAKI Keisuke
所属
教育研究院 医歯学系 医学系列 准教授
医歯学総合研究科 生体機能調節医学専攻 感覚統合医学 准教授
職名
准教授
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外部リンク

学位

  • Doctor(Science) ( 2002年3月   大阪大学 )

  • 理学 ( 2002年3月   大阪大学 )

  • 神経生理学 ( 1997年3月   大阪大学 )

  • 生物工学 ( 1995年3月   大阪大学 )

研究キーワード

  • 視覚認識

  • 心の理論

  • 包括脳ネットワーク

  • 記憶

  • 学習

  • 質感認知

研究分野

  • ライフサイエンス / 生理学

経歴(researchmap)

  • 新潟大学   医歯学系   准教授

    2015年4月 - 現在

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  • 新潟大学 医歯学系   助教

    2010年

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経歴

  • 新潟大学   医歯学総合研究科 生体機能調節医学専攻 感覚統合医学   准教授

    2015年4月 - 現在

  • 新潟大学   医学部 医学科   助教

    2009年4月 - 2015年3月

  • 新潟大学   医歯学総合研究科 生体機能調節医学専攻 感覚統合医学   助教

    2009年4月 - 2015年3月

 

論文

  • Chemogenetic attenuation of cortical seizures in nonhuman primates. 国際誌

    Naohisa Miyakawa, Yuji Nagai, Yukiko Hori, Koki Mimura, Asumi Orihara, Kei Oyama, Takeshi Matsuo, Ken-Ichi Inoue, Takafumi Suzuki, Toshiyuki Hirabayashi, Tetsuya Suhara, Masahiko Takada, Makoto Higuchi, Keisuke Kawasaki, Takafumi Minamimoto

    Nature communications   14 ( 1 )   971 - 971   2023年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Epilepsy is a disorder in which abnormal neuronal hyperexcitation causes several types of seizures. Because pharmacological and surgical treatments occasionally interfere with normal brain function, a more focused and on-demand approach is desirable. Here we examined the efficacy of a chemogenetic tool-designer receptors exclusively activated by designer drugs (DREADDs)-for treating focal seizure in a nonhuman primate model. Acute infusion of the GABAA receptor antagonist bicuculline into the forelimb region of unilateral primary motor cortex caused paroxysmal discharges with twitching and stiffening of the contralateral arm, followed by recurrent cortical discharges with hemi- and whole-body clonic seizures in two male macaque monkeys. Expression of an inhibitory DREADD (hM4Di) throughout the seizure focus, and subsequent on-demand administration of a DREADD-selective agonist, rapidly suppressed the wide-spread seizures. These results demonstrate the efficacy of DREADDs for attenuating cortical seizure in a nonhuman primate model.

    DOI: 10.1038/s41467-023-36642-6

    PubMed

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  • 動物種間の皮質脳波応答比較に基づく顔処理の流暢性効果の検討

    宍倉 基文, 大貫 良幸, 石下 洋平, 川合 謙介, 叶賀 卓, 三木 治憲, 川嵜 圭祐, 宮川 尚久, 林 隆介

    Vision   35 ( 1 )   23 - 24   2023年1月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本視覚学会  

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  • Decoding distributed oscillatory signals driven by memory and perception in the prefrontal cortex

    Hisashi Tanigawa, Kei Majima, Ren Takei, Keisuke Kawasaki, Hirohito Sawahata, Kiyoshi Nakahara, Atsuhiko Iijima, Takafumi Suzuki, Yukiyasu Kamitani, Isao Hasegawa

    Cell Reports   39 ( 2 )   110676 - 110676   2022年4月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1016/j.celrep.2022.110676

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  • Theory of mind tested by implicit false belief: a simple and full‐fledged mental state attribution

    Isao Hasegawa, Jun Egawa, Keisuke Kawasaki, Taketsugu Hayashi, Ryota Akikawa, Toshiyuki Someya, Isao Hasegawa

    The FEBS Journal   2022年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Wiley  

    DOI: 10.1111/febs.16322

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  • Prediction-Related Frontal-Temporal Network for Omission Mismatch Activity in the Macaque Monkey. 国際誌

    Yuki Suda, Mariko Tada, Takeshi Matsuo, Keisuke Kawasaki, Takeshi Saigusa, Maho Ishida, Tetsuo Mitsui, Hironori Kumano, Kenji Kirihara, Takafumi Suzuki, Kenji Matsumoto, Isao Hasegawa, Kiyoto Kasai, Takanori Uka

    Frontiers in psychiatry   13   557954 - 557954   2022年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Sensory prediction is considered an important element of mismatch negativity (MMN) whose reduction is well known in patients with schizophrenia. Omission MMN is a variant of the MMN which is elicited by the absence of a tone previously sequentially presented. Omission MMN can eliminate the effects of sound differences in typical oddball paradigms and affords the opportunity to identify prediction-related signals in the brain. Auditory predictions are thought to reflect bottom-up and top-down processing within hierarchically organized auditory areas. However, the communications between the various subregions of the auditory cortex and the prefrontal cortex that generate and communicate sensory prediction-related signals remain poorly understood. To explore how the frontal and temporal cortices communicate for the generation and propagation of such signals, we investigated the response in the omission paradigm using electrocorticogram (ECoG) electrodes implanted in the temporal, lateral prefrontal, and orbitofrontal cortices of macaque monkeys. We recorded ECoG data from three monkeys during the omission paradigm and examined the functional connectivity between the temporal and frontal cortices by calculating phase-locking values (PLVs). This revealed that theta- (4-8 Hz), alpha- (8-12 Hz), and low-beta- (12-25 Hz) band synchronization increased at tone onset between the higher auditory cortex and the frontal pole where an early omission response was observed in the event-related potential (ERP). These synchronizations were absent when the tone was omitted. Conversely, low-beta-band (12-25 Hz) oscillation then became stronger for tone omission than for tone presentation approximately 200 ms after tone onset. The results suggest that auditory input is propagated to the frontal pole via the higher auditory cortex and that a reciprocal network may be involved in the generation of auditory prediction and prediction error. As impairments of prediction may underlie MMN reduction in patients with schizophrenia, an aberrant hierarchical temporal-frontal network might be related to this pathological condition.

    DOI: 10.3389/fpsyt.2022.557954

    PubMed

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  • Macaques Exhibit Implicit Gaze Bias Anticipating Others' False-Belief-Driven Actions via Medial Prefrontal Cortex. 査読 国際誌

    Taketsugu Hayashi, Ryota Akikawa, Keisuke Kawasaki, Jun Egawa, Takafumi Minamimoto, Kazuto Kobayashi, Shigeki Kato, Yukiko Hori, Yuji Nagai, Atsuhiko Iijima, Toshiyuki Someya, Isao Hasegawa

    Cell reports   30 ( 13 )   4433 - 4444   2020年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The ability to infer others' mental states is essential to social interactions. This ability, critically evaluated by testing whether one attributes false beliefs (FBs) to others, has been considered to be uniquely hominid and to accompany the activation of a distributed brain network. We challenge the taxon specificity of this ability and identify the causal brain locus by introducing an anticipatory-looking FB paradigm combined with chemogenetic neuronal manipulation in macaque monkeys. We find spontaneous gaze bias of macaques implicitly anticipating others' FB-driven actions. Silencing of the medial prefrontal neuronal activity with inhibitory designer receptor exclusively activated by designer drugs (DREADDs) specifically eliminates the implicit gaze bias while leaving the animals' visually guided and memory-guided tracking abilities intact. Thus, neuronal activity in the medial prefrontal cortex could have a causal role in FB-attribution-like behaviors in the primate lineage, emphasizing the importance of probing the neuronal mechanisms underlying theory of mind with relevant macaque animal models.

    DOI: 10.1016/j.celrep.2020.03.013

    PubMed

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  • マカクザルにおける他者の誤信念理解に内側前頭前野が因果的役割を果たす

    秋川 諒太, 林 剛丞, 川嵜 圭祐, 江川 純, 南本 敬史, 小林 和人, 加藤 成樹, 堀 由紀子, 永井 裕司, 飯島 淳彦, 染矢 俊幸, 長谷川 功

    日本生理学雑誌   82 ( 1 )   10 - 10   2020年2月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:(一社)日本生理学会  

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  • 硬膜上高密度多点電極を用いたサル一次視覚野における網膜視野の再構成

    土屋 貴大, 飯島 淳彦, 川嵜 圭祐, 鈴木 隆文, 長谷川 功, 中原 潔

    日本生理学雑誌   82 ( 1 )   11 - 12   2020年2月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:(一社)日本生理学会  

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  • 物体素材に対するサル下側頭葉皮質における皮質脳波応答

    三木 治憲, 安斎 健太, 澤山 正貴, 松尾 健, 鈴木 隆文, 岡谷 貴之, 飯島 淳彦, 長谷川 功, 川嵜 圭祐

    日本生理学雑誌   82 ( 1 )   11 - 11   2020年2月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:(一社)日本生理学会  

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  • マカクザルにおける心の理論の検討および内側前頭前野の不活性化によるその関連性について

    林 剛丞, 江川 純, 川崎 圭祐, 秋川 諒太, 長谷川 功, 飯島 淳彦, 染矢 俊幸

    精神神経学雑誌   ( 2019特別号 )   S603 - S603   2019年6月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:(公社)日本精神神経学会  

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  • Deep Learning for Natural Image Reconstruction from Electrocorticography Signals.

    Hiroto Date, Keisuke Kawasaki, Isao Hasegawa, Takayuki Okatani

    2331 - 2336   2019年

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    掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)  

    DOI: 10.1109/BIBM47256.2019.8983029

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    その他リンク: https://dblp.uni-trier.de/db/conf/bibm/bibm2019.html#DateKHO19

  • Locally induced neuronal synchrony precisely propagates to specific cortical areas without rhythm distortion 査読

    Haruo Toda, Keisuke Kawasaki, Sho Sato, Masao Horie, Kiyoshi Nakahara, Asim K. Bepari, Hirohito Sawahata, Takafumi Suzuki, Haruo Okado, Hirohide Takebayashi, Isao Hasegawa

    Scientific Reports   8 ( 1 )   7678   2018年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Nature Publishing Group  

    Propagation of oscillatory spike firing activity at specific frequencies plays an important role in distributed cortical networks. However, there is limited evidence for how such frequency-specific signals are induced or how the signal spectra of the propagating signals are modulated during across-layer (radial) and inter-areal (tangential) neuronal interactions. To directly evaluate the direction specificity of spectral changes in a spiking cortical network, we selectively photostimulated infragranular excitatory neurons in the rat primary visual cortex (V1) at a supra-threshold level with various frequencies, and recorded local field potentials (LFPs) at the infragranular stimulation site, the cortical surface site immediately above the stimulation site in V1, and cortical surface sites outside V1. We found a significant reduction of LFP powers during radial propagation, especially at high-frequency stimulation conditions. Moreover, low-gamma-band dominant rhythms were transiently induced during radial propagation. Contrastingly, inter-areal LFP propagation, directed to specific cortical sites, accompanied no significant signal reduction nor gamma-band power induction. We propose an anisotropic mechanism for signal processing in the spiking cortical network, in which the neuronal rhythms are locally induced/modulated along the radial direction, and then propagate without distortion via intrinsic horizontal connections for spatiotemporally precise, inter-areal communication.

    DOI: 10.1038/s41598-018-26054-8

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  • Heterogeneous Redistribution of Facial Subcategory Information Within and Outside the Face-Selective Domain in Primate Inferior Temporal Cortex. 査読 国際誌

    Naohisa Miyakawa, Kei Majima, Hirohito Sawahata, Keisuke Kawasaki, Takeshi Matsuo, Naoki Kotake, Takafumi Suzuki, Yukiyasu Kamitani, Isao Hasegawa

    Cerebral cortex (New York, N.Y. : 1991)   28 ( 4 )   1416 - 1431   2018年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The inferior temporal cortex (ITC) contains neurons selective to multiple levels of visual categories. However, the mechanisms by which these neurons collectively construct hierarchical category percepts remain unclear. By comparing decoding accuracy with simultaneously acquired electrocorticogram (ECoG), local field potentials (LFPs), and multi-unit activity in the macaque ITC, we show that low-frequency LFPs/ECoG in the early evoked visual response phase contain sufficient coarse category (e.g., face) information, which is homogeneous and enhanced by spatial summation of up to several millimeters. Late-induced high-frequency LFPs additionally carry spike-coupled finer category (e.g., species, view, and identity of the face) information, which is heterogeneous and reduced by spatial summation. Face-encoding neural activity forms a cluster in similar cortical locations regardless of whether it is defined by early evoked low-frequency signals or late-induced high-gamma signals. By contrast, facial subcategory-encoding activity is distributed, not confined to the face cluster, and dynamically increases its heterogeneity from the early evoked to late-induced phases. These findings support a view that, in contrast to the homogeneous and static coarse category-encoding neural cluster, finer category-encoding clusters are heterogeneously distributed even outside their parent category cluster and dynamically increase heterogeneity along with the local cortical processing in the ITC.

    DOI: 10.1093/cercor/bhx342

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  • Decoding value related signals represented in multiple areas of the prefrontal cortex using ECoG electrodes 査読

    Sakagami Masamichi, Tanaka Shingo, Kawasaki Keisuke, Hasegawa Isao, Suzuki Takafumi

    INTERNATIONAL JOURNAL OF PSYCHOLOGY   51   874   2016年7月

  • Associative-memory representations emerge as shared spatial patterns of theta activity spanning the primate temporal cortex 査読

    Kiyoshi Nakahara, Ken Adachi, Keisuke Kawasaki, Takeshi Matsuo, Hirohito Sawahata, Kei Majima, Masaki Takeda, Sayaka Sugiyama, Ryota Nakata, Atsuhiko Iijima, Hisashi Tanigawa, Takafumi Suzuki, Yukiyasu Kamitani, Isao Hasegawa

    NATURE COMMUNICATIONS   7   11827   2016年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:NATURE PUBLISHING GROUP  

    Highly localized neuronal spikes in primate temporal cortex can encode associative memory; however, whether memory formation involves area-wide reorganization of ensemble activity, which often accompanies rhythmicity, or just local microcircuit-level plasticity, remains elusive. Using high-density electrocorticography, we capture local-field potentials spanning the monkey temporal lobes, and show that the visual pair-association (PA) memory is encoded in spatial patterns of theta activity in areas TE, 36, and, partially, in the parahippocampal cortex, but not in the entorhinal cortex. The theta patterns elicited by learned paired associates are distinct between pairs, but similar within pairs. This pattern similarity, emerging through novel PA learning, allows a machine-learning decoder trained on theta patterns elicited by a particular visual item to correctly predict the identity of those elicited by its paired associate. Our results suggest that the formation and sharing of widespread cortical theta patterns via learning-induced reorganization are involved in the mechanisms of associative memory representation.

    DOI: 10.1038/ncomms11827

    Web of Science

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  • 皮質脳波法で見た下側頭葉皮質の階層的な視覚情報処理ネットワーク

    川嵜 圭祐

    生体医工学   54 ( 28 )   S291 - S291   2016年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人 日本生体医工学会  

    <p>Converging evidence suggests that cortical processing is performed in a hierarchical manner. In the primate object vision, visual information is thought to be processed along the sequence of areas. We identified the direct physiological evidence for the cortical hierarchical processing as propagating activity patterns by employing electrocorticography (ECoG) in monkey, which enable us to record neural activity from wide cortical areas at high spatiotemporal resolution. Quantification of the propagating wave by symbolic local transfer entropy (SLTE) revealed both feed-forward and feedback components. We also found that SLTE topography changed during the visual stimulation. We also examined hierarchal nature of the process by comparing the ECoG activity pattern with the output from each layer of a deep neural network model. The output explained the specific spatiotemporal aspect of the ECoG activity. These results add the physiological insights of the hierarchical processing in the ventral visual stream.</p>

    DOI: 10.11239/jsmbe.54Annual.S291

    CiNii Article

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  • Alternating Zones Selective to Faces and Written Words in the Human Ventral Occipitotemporal Cortex 査読

    Takeshi Matsuo, Keisuke Kawasaki, Kensuke Kawai, Kei Majima, Hiroshi Masuda, Hiroatsu Murakami, Naoto Kunii, Yukiyasu Kamitani, Shigeki Kameyama, Nobuhito Saito, Isao Hasegawa

    CEREBRAL CORTEX   25 ( 5 )   1265 - 1277   2015年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:OXFORD UNIV PRESS INC  

    Recognition of faces and written words is associated with category-specific brain activation in the ventral occipitotemporal cortex (vOT). However, topological and functional relationships between face-selective and word-selective vOT regions remain unclear. In this study, we collected data from patients with intractable epilepsy who underwent high-density recording of surface field potentials in the vOT. "Faces" and "letterstrings" induced outstanding category-selective responses among the 24 visual categories tested, particularly in high-gamma band powers. Strikingly, within-hemispheric analysis revealed alternation of face-selective and letterstring-selective zones within the vOT. Two distinct face-selective zones located anterior and posterior portions of the mid-fusiform sulcus whereas letterstring-selective zones alternated between and outside of these 2 face-selective zones. Further, a classification analysis indicated that activity patterns of these zones mostly represent dedicated categories. Functional connectivity analysis using Granger causality indicated asymmetrically directed causal influences from face-selective to letterstring-selective regions. These results challenge the prevailing view that different categories are represented in distinct contiguous regions in the vOT.

    DOI: 10.1093/cercor/bht319

    Web of Science

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  • Decoding visual object categories from temporal correlations of ECoG signals 査読

    Kei Majima, Takeshi Matsuo, Keisuke Kawasaki, Kensuke Kawai, Nokihito Saito, Isao Hasegawa, Yukiyasu Kamitani

    NEUROIMAGE   90   74 - 83   2014年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ACADEMIC PRESS INC ELSEVIER SCIENCE  

    How visual object categories are represented in the brain is one of the key questions in neuroscience. Studies on low-level visual features have shown that relative timings or phases of neural activity between multiple brain locations encode information. However, whether such temporal patterns of neural activity are used in the representation of visual objects is unknown. Here, we examined whether and how visual object categories could be predicted (or decoded) from temporal patterns of electrocorticographic (ECoG) signals from the temporal cortex in five patients with epilepsy. We used temporal correlations between electrodes as input features, and compared the decoding performance with features defined by spectral power and phase from individual electrodes. While using power or phase alone, the decoding accuracy was significantly better than chance, correlations alone or those combined with power outperformed other features. Decoding performance with correlations was degraded by shuffling the order of trials of the same category in each electrode, indicating that the relative time series between electrodes in each trial is critical. Analysis using a sliding time window revealed that decoding performance with correlations began to rise earlier than that with power. This earlier increase in performance was replicated by a model using phase differences to encode categories. These results suggest that activity patterns arising from interactions between multiple neuronal units carry additional information on visual object categories. (C) 2013 The Authors. Published by Elsevier Inc. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.neuroimage.2013.12.020

    Web of Science

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  • Super multi-channel recording systems with UWB wireless transmitter for BMI 査読

    Takafumi Suzuki, Hiroshi Ando, Takeshi Yoshida, Hirohito Sawahata, Keisuke Kawasaki, Isao Hasegawa, Kojiro Matsushita, Masayuki Hirata, Toshiki Yoshimine, Kenichi Takizawa

    2014 36TH ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE IEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY SOCIETY (EMBC)   2014   5208 - 5211   2014年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:IEEE  

    In order to realize a low-invasive and high accuracy Brain-Machine Interface (BMI) system for clinical applications, a super multi-channel recording system was developed in which 4096 channels of Electrocorticogram (ECoG) signal can be amplified and transmitted to outside the body by using an Ultra Wide Band (UWB) wireless system. Also, a high density, flexible electrode array made by using a Parylene-C substrate was developed that is composed of units of 32-ch recording arrays. We have succeeded in an evaluation test of UWB wireless transmitting using a body phantom system.

    DOI: 10.1109/EMBC.2014.6944799

    Web of Science

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  • Simultaneous Recording of Single-Neuron Activities and Broad-Area Intracranial Electroencephalography: Electrode Design and Implantation Procedure 査読

    Takeshi Matsuo, Kensuke Kawai, Takeshi Uno, Naoto Kunii, Naohisa Miyakawa, Kenichi Usami, Keisuke Kawasaki, Isao Hasegawa, Nobuhito Saito

    NEUROSURGERY   73 ( 2 Suppl Operative )   146 - 154   2013年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:LIPPINCOTT WILLIAMS & WILKINS  

    BACKGROUND: There has been growing interest in clinical single-neuron recording to better understand epileptogenicity and brain function. It is crucial to compare this new information, single-neuronal activity, with that obtained from conventional intracranial electroencephalography during simultaneous recording. However, it is difficult to implant microwires and subdural electrodes during a single surgical operation because the stereotactic frame hampers flexible craniotomy.
    OBJECTIVE: To describe newly designed electrodes and surgical techniques for implanting them with subdural electrodes that enable simultaneous recording from hippocampal neurons and broad areas of the cortical surface.
    METHODS: We designed a depth electrode that does not protrude into the dura and pulsates naturally with the brain. The length and tract of the depth electrode were determined preoperatively between the lateral subiculum and the lateral surface of the temporal lobe. A frameless navigation system was used to insert the depth electrode. Surface grids and ventral strips were placed before and after the insertion of the depth electrodes, respectively. Finally, a microwire bundle was inserted into the lumen of the depth electrode. We evaluated the precision of implantation, the recording stability, and the recording rate with microwire electrodes.
    RESULTS: Depth-microwire electrodes were placed with a precision of 3.6 mm. The mean successful recording rate of single-or multiple-unit activity was 14.8%, which was maintained throughout the entire recording period.
    CONCLUSION: We achieved simultaneous implantation of microwires, depth electrodes, and broad-area subdural electrodes. Our method enabled simultaneous and stable recording of hippocampal single-neuron activities and multichannel intracranial electroencephalography.

    DOI: 10.1227/01.neu.0000430327.48387.e1

    Web of Science

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  • Super Multi-Channel Recording System for BMI

    Suzuki Takafumi, Ando Hiroshi, Yoshida Takeshi, Sawahata Hirohito, Kawasaki Keisuke, Hasegawa Isao, Matsushita Kojiro, Hirata Masayuki, Yoshimine Toshiki, Takizawa Kenichi

    生体医工学   51   M - 2-M-2   2013年

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Japanese Society for Medical and Biological Engineering  

    DOI: 10.11239/jsmbe.51.M-2

    CiNii Article

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  • LOCAL AND RETROGRADE GENE TRANSFER INTO PRIMATE NEURONAL PATHWAYS VIA ADENO-ASSOCIATED VIRUS SEROTYPE 8 AND 9 査読

    Y. Masamizu, T. Okada, K. Kawasaki, H. Ishibashi, S. Yuasa, S. Takeda, I. Hasegawa, K. Nakahara

    NEUROSCIENCE   193   249 - 258   2011年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD  

    Viral vector-mediated gene transfer has become increasingly valuable for primate brain research, in particular for application of genetic methods (e.g. optogenetics) to study neuronal circuit functions. Neuronal cell tropisms and infection patterns are viable options for obtaining viral vector-mediated transgene delivery that is selective for particular neuronal pathways. For example, several types of viral vectors can infect axon terminals (retrograde infections), which enables targeted transgene delivery to neurons that directly project to a particular viral injection region. Although recent studies in rodents have demonstrated that adeno-associated virus serotype 8 (AAV8) and 9 (AAV9) efficiently transduce neurons, the tropisms and infection patterns remain poorly understood in primate brains. Here, we constructed recombinant AAV8 or AAV9, which expressed an enhanced green fluorescent protein (EGFP) gene driven by a ubiquitous promoter (AAV8-EGFP and AAV9-EGFP, respectively), and stereotaxically injected it into several brain regions in marmosets and macaque monkeys. Immunohistochemical analyses revealed almost exclusive colocalization of EGFP fluorescence via AAV9-mediated gene transfer with a neuron-specific marker, indicating endogenous neuronal tropism of AAV9, which was consistent with our previous results utilizing AAV8. Injections of either AAV8-EGFP or AAV9-EGFP into the marmoset striatum resulted in EGFP expression in local striatal neurons as a result of local infection, as well as expression in dopaminergic neurons of the substantia nigra via retrograde transport along nigrostriatal axonal projections. Retrograde infections were also observed in the frontal cortex and thalamus, which are known to have direct projections to the striatum. These local and retrograde gene transfers were further demonstrated in the geniculocortical pathway of the marmoset visual system. These findings indicate promising capabilities of AAV8 and AAV9 to deliver molecular tools into a range of primate neural systems in pathway-specific manners through their neuronal tropisms and infection patterns. (C) 2011 IBRO. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.neuroscience.2011.06.080

    Web of Science

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  • LOCAL AND RETROGRADE GENE TRANSFER INTO PRIMATE NEURONAL PATHWAYS VIA ADENO-ASSOCIATED VIRUS SEROTYPE 8 AND 9 査読

    Y. Masamizu, T. Okada, K. Kawasaki, H. Ishibashi, S. Yuasa, S. Takeda, I. Hasegawa, K. Nakahara

    NEUROSCIENCE   193   249 - 258   2011年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD  

    Viral vector-mediated gene transfer has become increasingly valuable for primate brain research, in particular for application of genetic methods (e.g. optogenetics) to study neuronal circuit functions. Neuronal cell tropisms and infection patterns are viable options for obtaining viral vector-mediated transgene delivery that is selective for particular neuronal pathways. For example, several types of viral vectors can infect axon terminals (retrograde infections), which enables targeted transgene delivery to neurons that directly project to a particular viral injection region. Although recent studies in rodents have demonstrated that adeno-associated virus serotype 8 (AAV8) and 9 (AAV9) efficiently transduce neurons, the tropisms and infection patterns remain poorly understood in primate brains. Here, we constructed recombinant AAV8 or AAV9, which expressed an enhanced green fluorescent protein (EGFP) gene driven by a ubiquitous promoter (AAV8-EGFP and AAV9-EGFP, respectively), and stereotaxically injected it into several brain regions in marmosets and macaque monkeys. Immunohistochemical analyses revealed almost exclusive colocalization of EGFP fluorescence via AAV9-mediated gene transfer with a neuron-specific marker, indicating endogenous neuronal tropism of AAV9, which was consistent with our previous results utilizing AAV8. Injections of either AAV8-EGFP or AAV9-EGFP into the marmoset striatum resulted in EGFP expression in local striatal neurons as a result of local infection, as well as expression in dopaminergic neurons of the substantia nigra via retrograde transport along nigrostriatal axonal projections. Retrograde infections were also observed in the frontal cortex and thalamus, which are known to have direct projections to the striatum. These local and retrograde gene transfers were further demonstrated in the geniculocortical pathway of the marmoset visual system. These findings indicate promising capabilities of AAV8 and AAV9 to deliver molecular tools into a range of primate neural systems in pathway-specific manners through their neuronal tropisms and infection patterns. (C) 2011 IBRO. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.neuroscience.2011.06.080

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  • Intrasulcal electrocorticography in macaque monkeys with minimally invasive neurosurgical protocols 査読

    Takeshi Matsuo, Keisuke Kawasaki, Takahiro Osada, Hirohito Sawahata, Takafumi Suzuki, Masahiro Shibata, Naohisa Miyakawa, Kiyoshi Nakahara, Atsuhiko Iijima, Noboru Sato, Kensuke Kawai, Nobuhito Saito, Isao Hasegawa

    Frontiers in Systems Neuroscience   5 ( 2011 )   34   2011年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Electrocorticography (ECoG), multichannel brain-surface recording and stimulation with probe electrode arrays, has become a potent methodology not only for clinical neurosurgery but also for basic neuroscience using animal models. The highly evolved primate's brain has deep cerebral sulci, and both gyral and intrasulcal cortical regions have been implicated in important functional processes. However, direct experimental access is typically limited to gyral regions, since placing probes into sulci is difficult without damaging the surrounding tissues. Here we describe a novel methodology for intrasulcal ECoG in macaque monkeys. We designed and fabricated ultra-thin flexible probes for macaques with micro-electro-mechanical systems (MEMS) technology. We developed minimally invasive operative protocols to implant the probes by introducing cutting edge devices for human neurosurgery. To evaluate the feasibility of intrasulcal ECoG, we conducted electrophysiological recording and stimulation experiments. First, we inserted parts of the Parylene-C-based probe into the superior temporal sulcus to compare visually evoked ECoG responses from the ventral bank of the sulcus with those from the surface of the inferior temporal cortex. Analyses of power spectral density and signal-to-noise ratio revealed that the quality of the ECoG signal was comparable inside and outside of the sulcus. Histological examination revealed no obvious physical damage in the implanted areas. Second, we placed a modified silicone ECoG probe into the central sulcus and also on the surface of the precentral gyrus for stimulation. Thresholds for muscle twitching were significantly lower during intrasulcal stimulation compared to gyral stimulation. These results demonstrate the feasibility of intrasulcal ECoG in macaques. The novel methodology proposed here opens up a new frontier in neuroscience research, enabling the direct measurement and manipulation of electrical activity in the whole brain. © 2011 Matsuo, Kawasaki, Osada, Sawahata, Suzuki, Shibata, Miyakawa, Nakahara, Iijima, Sato, Kawai, Saito and Hasegawa.

    DOI: 10.3389/fnsys.2011.00034

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  • Intrasulcal ECoG approach to cortico-cortical connectivity using electrical stimulation-induced evoked potentials in macaques 査読

    Osada Takahiro, Molcard Antoine J, Matsuo Takeshi, Kawasaki Keisuke, Adachi Yusuke, Miyamoto Kentaro, Watanabe Tomomi, Hasegawa Isao, Miyashita Yasushi

    NEUROSCIENCE RESEARCH   71   E97   2011年

  • Intrasulcal electrocorticography in macaque monkeys 査読

    Kawasaki Keisuke, Matsuo Takeshi, Osada Takahiro, Sawahata Hirohito, Suzuki Takafumi, Shibata Masahiro, Miyakawa Naohisa, Nakahara Kiyoshi, Sato Noboru, Kawai Kensuke, Saito Nobuhito, Hasegawa Isao

    NEUROSCIENCE RESEARCH   71   E413 - E414   2011年

  • Effects of Familiarity on Neural Activity in Monkey Inferior Temporal Lobe 査読

    Britt Anderson, Ryan E. B. Mruczek, Keisuke Kawasaki, David Sheinberg

    CEREBRAL CORTEX   18 ( 11 )   2540 - 2552   2008年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:OXFORD UNIV PRESS INC  

    Long-term familiarity facilitates recognition of visual stimuli. To better understand the neural basis for this effect, we measured the local field potential (LFP) and multiunit spiking activity (MUA) from the inferior temporal (IT) lobe of behaving monkeys in response to novel and familiar images. In general, familiar images evoked larger amplitude LFPs whereas MUA responses were greater for novel images. Familiarity effects were attenuated by image rotations in the picture plane of 45 degrees. Decreasing image contrast led to more pronounced decreases in LFP response magnitude for novel, compared with familiar images, and resulted in more selective MUA response profiles for familiar images. The shape of individual LFP traces could be used for stimulus classification, and classification performance was better for the familiar image category. Recording the visual and auditory evoked LFP at multiple depths showed significant alterations in LFP morphology with distance changes of 2 mm. In summary, IT cortex shows local processing differences for familiar and novel images at a time scale and in a manner consistent with the observed behavioral advantage for classifying familiar images and rapidly detecting novel stimuli.

    DOI: 10.1093/cercor/bhn015

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  • Learning to recognize visual objects with microstimulation in inferior temporal cortex 査読

    Keisuke Kawasaki, David L. Sheinberg

    JOURNAL OF NEUROPHYSIOLOGY   100 ( 1 )   197 - 211   2008年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER PHYSIOLOGICAL SOC  

    The malleability of object representations by experience is essential for adaptive behavior. It has been hypothesized that neurons in inferior temporal cortex (IT) in monkeys are pivotal in visual association learning, evidenced by experiments revealing changes in neural selectivity following visual learning, as well as by lesion studies, wherein functional inactivation of IT impairs learning. A critical question remaining to be answered is whether IT neuronal activity is sufficient for learning. To address this question directly, we conducted experiments combining visual classification learning with microstimulation in IT. We assessed the effects of IT microstimulation during learning in cases where the stimulation was exclusively informative, conditionally informative, and informative but not necessary for the classification task. The results show that localized microstimulation in IT can be used to establish visual classification learning, and the same stimulation applied during learning can predictably bias judgments on subsequent recognition. The effect of induced activity can be explained neither by direct stimulation- motor association nor by simple detection of cortical stimulation. We also found that the learning effects are specific to IT stimulation as they are not observed by microstimulation in an adjacent auditory area. Our results add the evidence that the differential activity in IT during visual association learning is sufficient for establishing new associations. The results suggest that experimentally manipulated activity patterns within IT can be effectively combined with ongoing visually induced activity during the formation of new associations.

    DOI: 10.1152/jn.90247.2008

    Web of Science

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  • Effects of long-term object familiarity on event-related potentials in the monkey 査読

    Jessie J. Peissig, Jedediah Singer, Keisuke Kawasaki, David L. Sheinberg

    CEREBRAL CORTEX   17 ( 6 )   1323 - 1334   2007年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:OXFORD UNIV PRESS INC  

    Although some change in the neural representation of an object must occur as it becomes familiar, the nature of this change is not fully understood. In humans, it has been shown that the N170 - an evoked visual potential-is enhanced for classes of objects for which people have visual expertise. In this study, we explored whether monkeys show a similar modulation in event-related potential (ERP) amplitude as a result of long-term familiarity by recording ERPs with chronically implanted electrodes over extended training periods spanning many sessions. In each of 3 experiments, we found larger amplitude visual evoked responses to highly familiar images for the time period of 120-250 ms after stimulus onset. This difference was found when the monkeys were trained in an individual-level discrimination task, in a task that required only color discrimination, and even following a viewing-only task. We thus observed this familiarity effect across several tasks and different object categories and further found that the difference between "familiar" and "novel" became smaller as the animals gained experience with the previously unfamiliar objects across multiple test sessions. These data suggest that changes in visual responses associated with familiarity are evident early in the evoked visual response, are robust, and may be automatic, driven at least in part by repeated object exposure.

    DOI: 10.1093/cercor/bhl043

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  • Initial saccades predict manual recognition choices in the monkey 査読

    David L. Sheinberg, Jessie J. Peissig, Keisuke Kawasaki, Ryan E. B. Mruczek

    VISION RESEARCH   46 ( 22 )   3812 - 3822   2006年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD  

    In animals with specialized foveae, eye position has a direct influence over the acquisition of detailed visual information. At the same time, eye movements executed during natural behaviors are closely linked with motor actions. In this study, we investigated patterns of eye movements during a simple visual discrimination task. Three rhesus monkeys learned to recognize images of real world objects with no explicit constraints on eye position. Analysis of the monkeys' eye movements showed that although the endpoint of the initial saccade depended on the particular visual stimulus, the trajectory of the first saccades also reliably predicted the manual response associated with that stimulus. We thus observed that initial saccades executed in a recognition task reflect both perceptual and motor aspects of a visual task. This pattern of eye movements emerged spontaneously in all three animals tested despite the fact that saccades were never explicitly rewarded. As the average saccade latency was under 200 ms, object specific learned associations must have exerted their influence over the initial saccade even earlier, providing a novel temporal marker for the rapidity of visual recognition processes. Taken together, these results suggest that caution should be exercised when interpreting the meaning of oculomotor patterns observed during perceptual tasks, as these blur the line between perceptual processing and motor preparation. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.visres.2006.06.009

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  • Presumed inhibitory neurons in the macaque inferior temporal cortex: Visual response properties and functional interactions with adjacent neurons 査読

    H Tamura, H Kaneko, K Kawasaki, Fujita, I

    JOURNAL OF NEUROPHYSIOLOGY   91 ( 6 )   2782 - 2796   2004年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER PHYSIOLOGICAL SOC  

    Neurons in area TE of the monkey inferior temporal cortex respond selectively to images of particular objects or their characteristic visual features. The mechanism of generation of the stimulus selectivity, however, is largely unknown. This study addresses the role of inhibitory TE neurons in this process by examining their visual response properties and interactions with adjacent target neurons. We applied cross-correlation analysis to spike trains simultaneously recorded from pairs of adjacent neurons in anesthetized macaques. Neurons whose activity preceded a decrease in activity from their partner were presumed to be inhibitory neurons. Excitatory neurons were also identified as the source neuron of excitatory linkage as evidenced by a sharp peak displaced from the 0-ms bin in cross-correlograms. Most inhibitory neurons responded to a variety of visual stimuli in our stimulus set, which consisted of several dozen geometrical figures and photographs of objects, with a clear stimulus preference. On average, 10% of the stimuli increased firing rates of the inhibitory neurons. Both excitatory and inhibitory neurons exhibited a similar degree of stimulus selectivity. Although inhibitory neurons occasionally shared the most preferred stimuli with their target neurons, overall stimulus preferences were less similar between adjacent neurons with inhibitory linkages than adjacent neurons with common inputs and/or excitatory linkages. These results suggest that inhibitory neurons in area TE are activated selectively and exert stimulus-specific inhibition on adjacent neurons, contributing to shaping of stimulus selectivity of TE neurons.

    DOI: 10.1152/jn.01267.2003

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  • Inhibitory mechanisms underlying stimulus-selective responses of inferior temporal neurons 査読

    H Tamura, H Kaneko, K Kawasaki, Fujita, I

    NEURAL BASIS OF EARLY VISION   11   245 - 249   2003年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:SPRINGER-VERLAG TOKYO  

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  • Inhibitory long-term potentiation underlies auditory conditioning of goldfish escape behaviour 査読

    Y Oda, K Kawasaki, M Morita, H Korn, H Matsui

    NATURE   394 ( 6689 )   182 - 185   1998年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:MACMILLAN MAGAZINES LTD  

    Long-term potentiation (LTP), the increase in synaptic strength evoked by high-frequency stimulation, is often considered to be a cellular model for learning and memory. The validity of this model depends on the assumptions that physiological stimuli can induce LTP in vivo and that the resulting: synaptic modifications correlate with behavioural changes. However, modifiable synapses are generally embedded deep in complex circuits. In contrast, the goldfish Mauthner (M)-cell and its afferent synapses are easily accessible for electrophysiological studies, and firing of this neuron is sufficient to trigger fast escape behaviour in response to sudden stimuli(1,2). We have previously shown that tetanic stimulation can induce LTP of the feedforward inhibitory synapses that control the excitability of the M-ceIl(3,4). Here we report that natural sensory stimulation can induce potentiation of this inhibitory connection that resembles the LTP induced by afferent tetanization. Furthermore, comparable acoustic stimulation produced a parallel decrease in the probability of the sound-evoked escape reflex Thus we demonstrate for the first time, to our knowledge, a behavioural role for the long-term synaptic strengthening of inhibitory synapses.

    DOI: 10.1038/28172

    Web of Science

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MISC

  • マカクザルを用いた心の理論の脳基盤研究

    林 剛丞, 江川 純, 川嵜 圭祐, 秋川 諒太, 長谷川 功, 飯島 敦彦, 染矢 俊幸

    新潟医学会雑誌   135 ( 7 )   139 - 139   2021年7月

  • Chemogenetic activation of the amygdala specifically disrupts the representation of socio-emotional information in the macaque ventral visual cortex

    Miyakawa N, Nagai Y, Hori Y, Matsuo T, Suzuki T, Inoue K, Takada M, Suhara T, Kawasaki K, Minamimoto T

    第42回日本神経科学大会(朱鷺メッセ、新潟市)   2019年7月

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    記述言語:英語  

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  • マカクザルにおける心の理論の検討および内側前頭前野の不活性化によるその関連性について

    林 剛丞, 江川 純, 川崎 圭祐, 秋川 諒太, 長谷川 功, 飯島 淳彦, 染矢 俊幸

    精神神経学雑誌   ( 2019特別号 )   S603 - S603   2019年6月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:(公社)日本精神神経学会  

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  • Decoding recalled color imagery using ECoG signals in macaque inferior temporal and prefrontal cortices

    TANIGAWA Hisashi, TAKEI Ren, MAJIMA Kei, KAWASAKI Keisuke, SAWAHATA Hiroto, NAKAHARA Kiyoshi, SUZUKI Takafumi, KAMIYA Yukiyasu, HASEGAWA Isao

    日本神経回路学会全国大会講演論文集   25th   103   2015年9月

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    記述言語:英語  

    J-GLOBAL

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  • Development of ECoG based multi-channel recording BMI system using UWB wireless communications

    ANDO Hiroshi, TAKIZAWA Kenichi, YOSHIDA Takeshi, SAWAHATA Hirohito, KAWASAKI Keisuke, HASEGAWA Isao, MATSUSHITA Kojiro, HIRATA Masayuki, YOSHIMINE Toshiki, SUZUKI Takafumi

    日本生体医工学会大会プログラム・論文集(CD-ROM)   53rd   ROMBUNNO.SY3-03-6 - 78-SY-79   2014年

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Japanese Society for Medical and Biological Engineering  

    To realize a low-invasive and high accuracy BMI (Brain-machine interface) system, we have already developed a fully-implantable wireless BMI system which consists of ECoG neural electrode arrays, neural recording LSIs, a Wi-Fi based wireless data transmitter and a wireless power receiver with a rechargeable battery. For accurate estimation of movement intentions, it is important for a BMI system to have a large number of recording channels. In this paper, we report a new multi-channel BMI system which is able to record up to 4096ch ECoG data by multiple connections of 64-ch LSIs and time division multiplexing of recorded data. This system has an ultra-wide-band (UWB) wireless unit for transmitting the recorded neural signals to outside the body. By preliminary experiments with a human body equivalent liquid phantom, we confirmed 4096ch UWB wireless data transmission at 128Mbps mode below 25mm distance.

    DOI: 10.11239/jsmbe.52.SY-78

    CiNii Article

    J-GLOBAL

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  • 次世代のてんかん発作モニタリング,脳機能評価を目指して

    松尾健, 川合謙介, 宇野健志, 國井尚人, 川嵜圭祐, 宮川尚久, 長谷川功, 斉藤延人

    日本てんかん外科学会プログラム・抄録集   36th   50   2012年12月

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    記述言語:日本語  

    J-GLOBAL

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  • サル下側頭葉皮質の動きの処理について

    中島 啓, 川嵜 圭祐, 澤畑 博人, 鈴木 隆文, 長谷川 功

    Vision   24 ( 3 )   119 - 119   2012年7月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本視覚学会  

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  • 皮質脳波の時間的パターンを用いた視覚物体カテゴリーのデコーディング(Neural decoding of visual object categories using temporal patterns of ECoG signals)

    間島 慶, 松尾 健, 川嵜 圭祐, 川合 謙介, 増田 浩, 國井 尚人, 村上 博淳, 鎌田 恭輔, 亀山 茂樹, 斉藤 延人, 長谷川 功, 神谷 之康

    神経化学   49 ( 2-3 )   724 - 724   2010年8月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:日本神経化学会  

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  • 皮質脳波を用いた側頭葉視覚領野の機能マッピング(Electrocorticographic mapping of human ventral visual areas)

    松尾 健, 川嵜 圭祐, 川合 謙介, 増田 浩, 國井 尚人, 村上 博淳, 間島 慶, 鎌田 恭輔, 神谷 之康, 亀山 茂樹, 齋藤 延人, 長谷川 功

    神経化学   49 ( 2-3 )   508 - 508   2010年8月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:日本神経化学会  

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  • 頭部固定の有無がビデオ方式による視線位置計測に与える影響

    木竜 雄一郎, 飯島 淳彦, 川嵜 圭祐, 宮川 尚久, 前田 義信, 長谷川 功

    電子情報通信学会技術研究報告. MBE, MEとバイオサイバネティックス   109 ( 194 )   19 - 22   2009年9月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人電子情報通信学会  

    我々は実験動物に対する侵襲を低減し,頭部非固定による行動実験の実現を目指している.本研究では,松田ら(BPES2000他)が過去に開発した高速楕円近似アルゴリズムによるビデオ眼球運動解析システムを利用して,ヒトの眼球運動を頭部固定した場合及び頭部非固定の場合で計測をした.また,ニホンザルの頭部非固定での眼球運動の計測を試みた.それぞれの方法から得られたビデオ画像より瞳孔が検出される確度を検証し,頭部非固定の動物でビデオ方式による視線位置計測が可能か否か検討した.

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  • Visual response properties of presumed inhibitory neurons in the macaque inferior temporal cortex

    TAMURA Hiroshi, KANEKO Hidekazu, KAWASAKI Keisuke, FUJITA Ichiro

    Keio journal of medicine   51   96 - 96   2002年8月

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共同研究・競争的資金等の研究

  • 「心の理論」発達の神経メカニズム

    研究課題/領域番号:23KK0145

    2023年9月 - 2027年3月

    制度名:科学研究費助成事業

    研究種目:国際共同研究加速基金(海外連携研究)

    提供機関:日本学術振興会

    川嵜 圭祐, 伊村 知子, 江川 純, 劉 南希

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    配分額:21060000円 ( 直接経費:16200000円 、 間接経費:4860000円 )

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  • 心の理論を担う脳ネットワーク動態の解明

    研究課題/領域番号:22K07318

    2022年4月 - 2025年3月

    制度名:科学研究費助成事業

    研究種目:基盤研究(C)

    提供機関:日本学術振興会

    川嵜 圭祐

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    配分額:4160000円 ( 直接経費:3200000円 、 間接経費:960000円 )

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  • 選好注視と脳活動に基づく深奥質感の研究

    研究課題/領域番号:21H05813

    2021年9月 - 2023年3月

    制度名:科学研究費助成事業

    研究種目:学術変革領域研究(A)

    提供機関:日本学術振興会

    川嵜 圭祐

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    配分額:7540000円 ( 直接経費:5800000円 、 間接経費:1740000円 )

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  • 対戦・協力関係における適応的行動選択を実現する神経ネットワークの解明と操作

    研究課題/領域番号:21K07258

    2021年4月 - 2024年3月

    制度名:科学研究費助成事業

    研究種目:基盤研究(C)

    提供機関:日本学術振興会

    田中 慎吾, 川嵜 圭祐

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    配分額:4160000円 ( 直接経費:3200000円 、 間接経費:960000円 )

    ヒトのような複雑な社会構造を形成するためには、「心の理論」と呼ばれる、自己との相互作用によって変化する他者の心や行動を推測する能力が重要となる。しかしながら、他者の心や行動を推測することができれば自分の行動が決定できるわけではなく、自己と他者の関係や周辺環境に応じて適応的に行動を選択する必要があるが、それを実現する神経回路網についてはいまだ未解明である。本研究では、インタラクティブな実験課題遂行中の神経活動を長期間、高時空間解像度で記録することで、脳内他者シミュレーションを利用した適応的行動選択を実現する神経ネットワークについて検証する。さらに、その神経ネットワークを操作し、他の脳領野や被検体の行動への影響について検証することで、その因果的機能を明らかにすることを目指す。
    そのために、令和3年度は、ニホンザルからのECoG信号の記録に向けて、インタラクティブ課題の実験制御記録システムを開発した。開発したシステムを用いて、二頭のニホンザルに対して、インタラクティブ課題を遂行するための訓練を施している。また、ECoG信号の記録に向けて、前頭前野外側部(LPFC)、前頭前野内側部(MPFC)、上側頭溝(STS)それぞれに対して、64chの電極点を持つECoG電極を設計した。
    令和4年度からは、インタラクティブ課題の訓練を終えたニホンザルにECoG電極をインプラントし、ECoG信号の記録を開始する計画である。ECoG信号を解析することで、適応的行動選択を実現する神経ネットワークを同定し、さらに電気刺激実験や化学遺伝学実験を合わせて行うことで、適応的行動選択を実現する神経ネットワークの因果的役割について検証する。

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  • 他者の“裏をかく”神経基盤の解明:脳内他者行動モデルの構築とそれに基づく行動選択

    研究課題/領域番号:18K07349

    2018年4月 - 2021年3月

    制度名:科学研究費助成事業

    研究種目:基盤研究(C)

    提供機関:日本学術振興会

    田中 慎吾, 川嵜 圭祐

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    配分額:4290000円 ( 直接経費:3300000円 、 間接経費:990000円 )

    他者の心を推測する能力「心の理論」には、複数の脳領野が関与しているが、自己とのインタラクションによって変化する他者の脳内推測過程や、脳内他者と周辺状況に応じた行動選択の神経基盤については未知である。本研究では、インタラクティブな実験課題を開発し、脳内他者を用いた戦略的な行動選択の神経生理学的基盤の解明を目指した。まずfMRIを用いて、ヒト被験者の脳活動を記録した。ヒト被験者の行動を計算論的行動モデルで説明し、そのパラメータと相関する脳活動を探索したところ、TPJや前頭前野において賦活がみられた。さらに、ニホンザルから神経活動を記録するためのECoG電極を開発し、ニホンザルの課題訓練を行った。

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  • 脳の時空間パターン刺激で記憶を再生する

    研究課題/領域番号:17H06268

    2017年6月 - 2020年3月

    制度名:科学研究費助成事業

    研究種目:挑戦的研究(開拓)

    提供機関:日本学術振興会

    中原 潔, 川嵜 圭祐

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    配分額:26000000円 ( 直接経費:20000000円 、 間接経費:6000000円 )

    サル一次視覚野における皮質脳波(ECoG)の視覚応答から視覚像の再構成を試みた。また錯視画像を用い、色の補填によって知覚される錯視面に対するECoG応答を調べた。視覚像の再構成については、現在深層ニューラルネットワークを使った解析を進めている。錯視面に対するECoG応答を解析した結果、刺激提示開始後150msから200msの間に、錯視面の知覚に対する視覚応答を見出した。錯視面に対する視覚応答のV1における空間的な広がりは、実際に知覚される錯視の視野角に対して、水平方向はおよそ一致していたのに対して、垂直方向にはより広範囲に広がっていた。

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  • 階層的なカテゴリ認識の神経基盤

    研究課題/領域番号:16K01959

    2016年4月 - 2019年3月

    制度名:科学研究費助成事業

    研究種目:基盤研究(C)

    提供機関:日本学術振興会

    川嵜 圭祐, 鈴木 隆文, 松本 有央

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    配分額:4680000円 ( 直接経費:3600000円 、 間接経費:1080000円 )

    カテゴリ認知における抽象化過程の神経メカニズムについては適当な動物モデルが存在せず直接的な知見がない.本研究では3つの階層レベル(具体レベル,中間レベル,抽象レベル)を持つ,階層カテゴリ課題を作成してこの問題に取り組んだ.呈示された自然画像のカテゴリを記号を用いて明示的に答える課題について、2頭中2頭のニホンザルで学習可能であることが示された.さらに,各階層における反応潜時の解析から,サルにおいてもヒトの行動実験と同様に抽象レベルの反応潜時が中間レベルの反応潜時よりも早いという結果が得られ, ヒトとサルにおいてカテゴリ認知処理の類似性が示唆された.

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  • 画像と言語を用いた質感情報表現のディープラーニング

    研究課題/領域番号:15H05919

    2015年6月 - 2020年3月

    制度名:科学研究費助成事業

    研究種目:新学術領域研究(研究領域提案型)

    提供機関:日本学術振興会

    岡谷 貴之, 川嵜 圭祐, 山口 光太

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    配分額:59410000円 ( 直接経費:45700000円 、 間接経費:13710000円 )

    画像1枚からそこに写る物の質感を認識するAIの実現という目標に一歩ずつ近づく段階的な成果を挙げた.具体的には,CNNを用いた画像ペアのランキング学習による質感認識手法,ウェブ上の画像とその説明文のペアから視覚的に認識可能な質感概念をマイニングする方法,質感認識の文脈依存性を捉えつつ商品の画像に適切なタイトルを生成する方法などである.さらに研究の過程で,質感認識は「包括的な画像認識である」と結論するに至り,今日の画像理解のためのマルチモーダル深層ニューラルネットワークの端緒となる,注意機構を用いたネットワークの開発に成功した.

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  • 「心の理論」の脳基盤を介した自閉症の病態解明およびサルの自閉症モデル動物の作成

    研究課題/領域番号:26293261

    2014年4月 - 2019年3月

    制度名:科学研究費助成事業

    研究種目:基盤研究(B)

    提供機関:日本学術振興会

    染矢 俊幸, 長谷川 功, 飯島 淳彦, 川嵜 圭祐, 江川 純, 北村 秀明

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    配分額:17680000円 ( 直接経費:13600000円 、 間接経費:4080000円 )

    様々な誤信念課題を使用した自閉症患者の脳画像研究は、心の理論と内側前頭前野(mPFC)を含む脳回路との関連を示唆している。本研究では、マカクザルのmPFCの神経活動と誤信念ターゲットへの注視バイアスの間に因果関係があるかを調べた。 我々は抑制性DREADDであるhM4DiをmPFCに注入し、hM4Diに対する特異的リガンドであるクロザピンN-オキシドを注射しmPFCを不活性化した。 その結果、サルにおけるmPFCの不活性化が、誤信念ターゲットに対する注視バイアスを特異的に変化させた。本研究結果はmPFCが心の理論における役割を果たしているという可能性を因果的に示している。

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  • 視覚からコミュニケーションへ:皮質脳波法で読み解く大脳神経回路の情報流

    研究課題/領域番号:26242088

    2014年4月 - 2017年3月

    制度名:科学研究費助成事業

    研究種目:基盤研究(A)

    提供機関:日本学術振興会

    長谷川 功, 奥田 修二郎, 谷川 久, 中原 潔, 神谷 之康, 河野 剛士, 鎌田 恭輔, 北村 秀明, 鈴木 隆文, 戸田 春男, 川嵜 圭祐, 飯島 淳彦, 西山 雄大

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    配分額:44850000円 ( 直接経費:34500000円 、 間接経費:10350000円 )

    種々の空間スケールで計測した皮質脳波信号の2次元格子パターンから視覚的コミュニケーションを担う階層的・分散的な大脳の情報流を定量化する手法を開発した。マカクザル下側頭皮質では視覚刺激提示後に順行性と逆行性の情報流が交互に現れ、トポロジーの分離・統合が起こることを見出した。内側側頭葉では図形の記憶がシータ波の空間パターンとして分散し、記憶の形成に伴って再編されることを示した。前頭皮質でも記号の変換に関わるシータ波信号の流れを同定し、また時空間二次元フーリエ変換により、ラット視覚野の周辺抑制の時空間特性を明らかにした。

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  • 多点皮質電極記録による霊長類内側側頭葉における記憶想起機構の研究

    研究課題/領域番号:25282249

    2013年4月 - 2017年3月

    制度名:科学研究費助成事業

    研究種目:基盤研究(B)

    提供機関:日本学術振興会

    中原 潔, 川嵜 圭祐, 澤畑 博人, 安達 賢

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    配分額:19760000円 ( 直接経費:15200000円 、 間接経費:4560000円 )

    我々の研究グループは高密度皮質脳波 (ECoG) 法を使って、サルが記憶を想起する際の脳の側頭葉の活動を調べ、脳活動が作り出す空間的なパターンによって長期記憶がコード(表現)されることを明らかにしました。今回の実験では、サルの側頭葉と呼ばれる脳の領域に128チャンネルのECoG電極を設置し、サルに記憶した図形を見せた時に生じる脳活動の空間パターンを調べました。その結果、シータ波と呼ばれる脳活動の空間パターンが図形の記憶を表現することが分かりました。

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  • 広域時空間パターン電気刺激による下側頭葉皮質における物体認識メカニズムの研究

    研究課題/領域番号:25350997

    2013年4月 - 2016年3月

    制度名:科学研究費助成事業

    研究種目:基盤研究(C)

    提供機関:日本学術振興会

    川嵜 圭祐

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    配分額:5070000円 ( 直接経費:3900000円 、 間接経費:1170000円 )

    下側頭葉皮質は物体認識に不可欠な脳領域であり、下側頭葉ニューロンの活動は物体を同定するために必要な情報を符号化している。本研究では視覚認知課題を遂行中のサルに、皮質脳波法を適用して、下側頭葉皮質全域にわたる時空間パターンを同定すること、大脳皮質広域電気刺激を行い、皮質内に分散して表現された物体情報がどのようにして読み出されるのか明らかにすることを目的とした。多チャンネル広域電気記録・刺激システムを構築した。サルの大脳側頭葉皮質において、視覚記憶の形成を担う広域脳活動パターンを同定した。さらにこれらの活動パターンを情報流として解析することによって階層的な情報処理の実体が明らかになった。

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  • 皮質脳波法による生き物らしい質感の脳内表現の研究

    研究課題/領域番号:25135716

    2013年4月 - 2015年3月

    制度名:科学研究費助成事業

    研究種目:新学術領域研究(研究領域提案型)

    提供機関:日本学術振興会

    川嵜 圭祐

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    配分額:10400000円 ( 直接経費:8000000円 、 間接経費:2400000円 )

    視覚に基づいた抽象的なカテゴリはどのような神経メカニズムによって実現されているのでしょうか?ヒトはさまざまな物体に”生き物らしさ”を感じて(アニマシー知覚)、物体を動物と非動物のカテゴリーに大別できます。これまでの研究から特定の動きのパターンや表面のテクスチャパターンなど、この知覚に重要な視覚的物理パラメータや、関連する脳領域が示唆されています。しかし、複数の物理パラメータが知覚に関与する仕組みや複数の関連脳領域がどのように協調してアニマシー知覚を生み出す機序は不明です。視線解析等の行動学的な研究からサルにおいても同様のアニマシー知覚が存在することが示唆されています。そこで本研究では、概念的な質感の動物モデルとしてサルのアニマシー知覚を行動学的、神経科学的に検証することを目的としました。2頭のニホンザルを用いて、動物・非動物の動画の種類に応じて適切な記号を80%以上の成績で正しく選択できるように訓練を行いました。学習達成後、他の新規の動画例でも、記号と動画のカテゴリの割当が汎化するか検討しました。新規の例を導入した場合には初学習に比べて早く基準成績に達し、学習の節約が見られました。また1頭のサルでは初めてみた動画に対しても正しいカテゴリ分けができるようになることがわかりました。これらの結果は条件性反応だけでは説明できず学習の汎化が見られました。また上側頭溝内を含む下側頭葉皮質(ITC)と、内側部を含む前頭葉皮質(PFC)から皮質脳波記録を行い、動物の動き、非生物物体の動きが描出された2秒間の映像を呈示したときの応答を記録しました。 応答振幅はITC,PFCのそれぞれで特徴的な時間経過を示した。個々の刺激動画に対する選択性はどちらの領野でも、幾つかのピークを形成しながら上昇することがわかりました。カテゴリ応答選択性もやはり幾つかのピークを形成していました。

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  • 自閉症児はどのように全体概念を認識するか?-認知実験から療育モデル構築まで-

    研究課題/領域番号:25730167

    2013年4月 - 2015年3月

    制度名:科学研究費助成事業

    研究種目:若手研究(B)

    提供機関:日本学術振興会

    西山 雄大, 長谷川 功, 川嵜 圭祐, 長澤 正樹, 加藤 君子

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    配分額:3900000円 ( 直接経費:3000000円 、 間接経費:900000円 )

    ヒトの全体性認識に関する研究として,意味の形成と調整がいかに発達するのかを明らかにする二つの課題を定型発達の6,7,9,11歳児と成人に実施し,その年齢に応じた変化を確かめた.これにより小児から成人に至る過程で認知様式の変化が認められ,年少者では特に個別事象を集積するように事象全体を把握する傾向にあるのに対し,年長者では少数の個別事象を帰納的に解釈することで事象全体を把握する傾向が明らかとなった.非定型発達の場合,前者の認知様式が徹底される可能性があり,今後非言語的実験系を用いてこれを詳細に検証する必要がある.

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  • 柔軟な記号認知と操作のトップダウン大脳制御-サルECoGから拓く比較認知脳科学

    研究課題/領域番号:23300150

    2011年4月 - 2014年3月

    制度名:科学研究費助成事業

    研究種目:基盤研究(B)

    提供機関:日本学術振興会

    長谷川 功, 中原 潔, 北川 純一, 川嵜 圭祐

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    配分額:20150000円 ( 直接経費:15500000円 、 間接経費:4650000円 )

    要素の組合せからなる複合記号が物を表す記号体系を開発し、ニホンザルに物を表す記号の要素を順次選ぶ能力、要素から記号を合成して使う能力があることがわかった。課題遂行中に前頭葉と側頭葉から皮質脳波を多点記録し、記号の分解と合成では前頭前野の異なる部位に特異的な周波数応答が観測された。ヒト被験者に日本語のかな文字列を呈示すると、分節が適切に区切られている条件に比べ分節区切りが無い時に下前頭葉の弁蓋部から島前部にかけての賦活が増強することが機能的磁気共鳴画像法で示された。また、ニホンザルにおいて、記号の等価関係(対称性)が2頭の個体において成立することが示唆されたが、さらなる検討が必要と考えられた。

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  • 皮質脳波記録法を用いた視覚学習に伴う脳機能マップの可塑性の検証

    研究課題/領域番号:23135512

    2011年4月 - 2013年3月

    制度名:科学研究費助成事業

    研究種目:新学術領域研究(研究領域提案型)

    提供機関:日本学術振興会

    川嵜 圭祐

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    配分額:8320000円 ( 直接経費:6400000円 、 間接経費:1920000円 )

    霊長類の大脳皮質下側頭葉には特定の種類の物体の形や色を専門的に処理する部位が存在する。これらの機能モジュールが認知学習を習得する際にどのようなどのような機能的な変化を引き起こしているのか?本研究では大脳皮質の広い領域から長期間にわたり高時空間分解能で記録が可能な皮質脳波(Electrocorticogram(ECoG))法をサル下側頭葉皮質に適用して、質感の知覚、情報処理の経験依存的な側面を明らかにすることを目的に以下の実験を行った。
    ①ECoG法によって上側頭溝を含む下側頭葉皮質の視覚モジュールマップを高い時空間分解能で同定する、②サルが訓練によって、色、形、動きを組み合わせてつくりだされる新規物体カテゴリ学習を習得できるか行動学的に検証する、③学習に伴う機能マップの変化を同定する。
    ①について、下側頭葉皮質での長期ECoG法を確立して、広範囲における視覚応答の伝搬様式を高時空間分解能で可視化することに成功した。視覚応答は、いくつかの速度、方向の異なる神経活動伝搬が複数回繰り返す様子としてとらえられた。先行研究から視覚モジュールは階層的な視覚情報処理によって形成されていくと示唆されてきたが、今回の結果は視覚モジュール形成過程において、階層的処理に加え、動的な繰り返し現象が重要であることを示唆する。また応答の時間周波数解析によって30-100Hz程度の比較的高い周波数成分に形と動きのモジュールが見出されることがわかった。②についてニホンザルに1頭に記号を使った動物・非動物動画のカテゴリ分け課題を訓練することに成功した。初学習の動画セットを学習後、新規動画セットを訓練するとより早くカテゴリ分けを習得することがわかった。③について、見慣れた動画セットと新規動画セットに対する時間周波数応答に差が見いだされた。

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  • 図形文字の組み立て課題におけるマカクザル前頭前野の神経活動

    研究課題/領域番号:20500355

    2008年 - 2010年

    制度名:科学研究費助成事業

    研究種目:基盤研究(C)

    提供機関:日本学術振興会

    長谷川 功, 戸田 春男, 飯島 淳彦, 川嵜 圭祐

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    配分額:4680000円 ( 直接経費:3600000円 、 間接経費:1080000円 )

    二つの要素図形からなる複合図形が物の画像を記号的に表す象徴構成見本合わせ課題を開発し、ニホンザルに訓練し行動実験を行った。柔軟な皮質脳波ECoG電極、および電極留置手術法を開発し、前頭前野から多点記録した。その結果、要素画像から段階的に複合画像を組み立てる象徴構成見本合わせ課題においては、単に記号から物を連想する象徴見本合わせ課題よりも刺激提示直後からECoG応答が見られ、より大きく増強した。

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