脳内の感覚情報復号化における神経相関の重要性の定量的解明

定量阐明神经关联在大脑感觉信息解码中的重要性

• 批准号: 11J06477
• 负责人: 大泉 匡史
• 金额: $ 3.84万
• 依托单位: The Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J06477/
• 关键词: 統合情報理論; 統合情報量; ECoG; 意識; 意識レベル; 麻酔

本年度は神経系がどれくらい情報を統合しているかを定量化する解析手法の開発、及びそれの実データへの適用を行った。神経細胞が独立に情報処理をしている場合は情報の統合がなく、神経細胞同士が互いに相互作用をし、相関を持って情報処理をしている場合には情報の統合がある。神経系における情報の統合は、様々な認知機能において重要な役割を果たしていると考えられるため、情報の統合の度合いを定量化することは認知機能の理解において重要である。特に、近年Giulio Tononi氏が提唱した統合情報理理論(IIT)によると、情報の統合の度合い(統合情報量)と意識レベルとが相関するという仮説が唱えられている。本研究では、麻酔下の猿の皮質脳波(ECoG)から統合情報量を計測することでこの予測を検証した。統合情報量はIITの元の理論のままでは計算量の困難から、実データにおける計算は事実上不可能であった。そこで我々は統合情報量を計算する、より実践的な方法を新しく提案した。この新たな手法を用いて、猿の脳表面全体から128個の電極を用いて記録したECoGデータで統合情報量の計算を行った。提案した新たな手法及びECoGデータの解析の結果に関して、論文をまとめ現在査読中である。この研究は、統合情報量に基づく、意識レベルの定量化を行う第一歩となる論文で、この研究を発展させることで様々な意識状態(睡眠・植物状態など)の意識レベルを定量化することができる可能性がある。この研究と並行して、IITの理論を発展させることをGiulio Tononi氏との共同研究によって行った。この論文に関しても執筆が完了し、現在査読中の段階にある。

今年，我们开发了一种分析方法，该方法量化了神经系统整合的信息，并将其应用于实际数据。当神经元独立处理信息时，不会集成信息；当神经元彼此相互作用并相关时，信息就会集成。由于认为神经系统中的信息整合在各种认知功能中起着重要作用，因此量化信息整合程度对于理解认知功能很重要。特别是，根据近年Giulio Tononi提出的综合信息理论（IIT），已经提出了该假设，即信息的整合程度（综合信息的量）和意识水平是相关的。在这项研究中，通过测量麻醉下皮质脑电波（ECOG）的综合信息的量来验证该预测。使用IIT的原始理论很难计算集成的信息量，因此对实际数据的计算几乎是不可能的。因此，我们提出了一种新的，更实用的方法来计算集成信息的量。使用这种新技术，使用使用来自整个猴子大脑表面的128个电极记录的ECOG数据计算了集成的信息量。该论文已编译，目前在同行评审中，涉及所提出的新方法和ECOG数据分析的结果。这项研究是量化基于综合信息的意识水平的第一步，通过开发这项研究，可以量化各种意识状态（睡眠，营养状态等）中的意识水平。与这项研究同时，我们与Giulio Tononi合作开发了IIT理论。该论文也已写成，目前正在同行评审过程中。

项目成果

Modified measure for integrated information theory and its application to 128-channel electrocorticogram data recorded in macaque monkeys

整合信息论的改进方法及其在猕猴128通道皮层电图数据中的应用

• 发表时间: 2011
• 作者: Masafumi Oizumi;Toru Yanagawa;Shun-ichi Amari;Naotsugu Tsuchiya;Naotaka Fujii;Masafumi Oizumi;Masafumi Oizumi
• 通讯作者: Masafumi Oizumi

Measuring the level of consciousness based on the amount of integrated information

根据综合信息量衡量意识水平

• 发表时间: 2012
• 作者: Masafumi Oizumi;Toru Yanagawa;Shun-ichi Amari;Naotsugu Tsuchiya;Naotaka Fujii
• 通讯作者: Naotaka Fujii

Consciousness and information integration

• DOI: 10.1007/s11229-020-02613-3
• 发表时间: 2020-03-06
• 期刊: SYNTHESE
• 影响因子: 1.5
• 作者: Brogaard, Berit;Chomanski, Bartek;Gatzia, Dimitria Electra
• 通讯作者: Gatzia, Dimitria Electra

温度計に意識はあるか?意識レベルの定量化に向けた理論と実践

温度计有意识吗？量化意识水平的理论和实践

• 发表时间: 2012
• 期刊: LiSA
• 作者: 大泉匡史;土谷尚嗣
• 通讯作者: 土谷尚嗣

Quantifying the level of consciousness with integrated information

用综合信息量化意识水平

• 发表时间: 2013
• 作者: Masafumi Oizumi;Ibru Yanagawa;Shun-ichi Amari;Naotsugu Tsuchiya;Naotaka Fujii
• 通讯作者: Naotaka Fujii