素材表面のテクスチャを知覚する脳メカニズムを解明

内容

　私たちが目にする多くの物体の表面には、様々なテクスチャが存在し物体固有の質感を生み出します。テクスチャを識別する視覚の機能は、物体の素材の判断（木材、金属、布など）や、物体の状態の判断（硬い、重い、新鮮である、など）に貢献する重要な働きをしています。しかしこれまで視覚入力が脳内でどのように処理されてテクスチャの識別が行われ素材の認知に繋がっているのか、そのメカニズムについてはあまり知られていませんでした。そこで本研究ではヒトと近縁な種であり高度に視覚機能の発達したマカクザルを用い、様々な素材から得た多数のテクスチャ画像（図１）をサルに見せた時の大脳のV4野と呼ばれる領域の神経細胞の応答を調べました。
　その結果、V4野の神経細胞は特定のテクスチャ画像に選択的に応答することが分かりました（図２）。そしてこれらの細胞応答は、「テクスチャ合成」モデルと呼ばれる以前米国の研究者が開発した画像処理の工学的手法（Portilla & Simoncelli 2000、図３左）で用いられる画像特徴量の組み合わせにより部分的に説明できることが明らかとなりました（図３右）。また、この応答はヒトがさまざまなテクスチャを見分ける能力とよく対応していることも分かりました（図３右）。本研究は大脳の神経細胞がどのような画像特徴にもとづいてテクスチャを見分けているかを初めて示した研究であり、テクスチャの知覚やそれに基づく質感認知のメカニズムの一端が明らかなりました。また本研究の成果はヒトと同じように物の質感を見分ける機械を作る上でも役に立つ示唆を与えると考えられます。
　本研究は文部科学省科研費新学術領域「質感脳情報学」および日本学術振興会特別研究員奨励費の支援により行われました。

今回の発見

１．ヒトと近縁な種であり高度に視覚機能の発達したマカクザルがテクスチャを見ているときの脳活動をコンピュータ上のモデルで部分的に説明することに成功した。
２．得られた脳活動がヒトのテクスチャ識別能力ともよく対応していることが明らかとなった。

＜用語解説＞

テクスチャとは
さまざまな自然物や人工物は物体表面に素材に固有な細かい凸凹模様を持ちます。このような物体を見ると、網膜の画像には素材に固有な細かい模様が生じます。これがテクスチャです。テクスチャは物の素材や状態を判断する重要な手がかりになります。

テクスチャの画像特徴量とは
物体表面画像のテクスチャは、一見同じパターンが規則正しく繰り返しているように見えますが、細かく見ると細部が違っています。同じように見える理由は、画像中の画素の明るさや色の配置に何らかの規則性があるからです。このような画像の持つ規則性をはかる物差しのことを画像特徴量といいます。

テクスチャ合成とは
あるテクスチャの画像と同じように見えるテクスチャの画像を人工的に合成する技術はニーズが高くさまざまに開発されています。これらの手法では、元画像と同じ特徴量を持つように別の画像を変化させることにより、元と一見見分けのつかないテクスチャ画像を合成することができます。それらの中で、生体が処理する画像特徴量を用いた手法がいくつかあり、今回研究に用いたPortillaとSimoncelliの手法はその代表的なものです。

V4野とは
目から大脳に伝えられた視覚情報は最初に第一次視覚野（V1とよばれる）で処理され、その後段階的に複数の視覚野で処理が行われます。V4野はそれらの視覚野の一つで、物体に関する視覚情報の処理に関係していると考えられています。

図1　使用したテクスチャ画像の例