認知と運動の統合過程における前頭葉内ネットワークの解明

• Project/Area Number: 20019027
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Tamagawa University
• Principal Investigator: 星 英司 Tamagawa University, 脳科学研究所, 教授 (50407681)
• Project Period (FY): 2008 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥3,800,000 (Direct Cost: ¥3,800,000); Fiscal Year 2009: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2008: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
• Keywords: 到達運動 / 前頭葉 / 運動前野 / 一次運動野 / 前頭前野 / 認知 / 運動 / 階層構造

Research Abstract

本年度は、認知と運動の統合過程における高次運動野の機能解析を詳細に行った。特に、認知情報に基づく運動決定の段階と準備実行の段階に注目して解析を行った。抽象的な指示に基づいて動作決定を行うSymbolic Cue Taskと、空間的な様々な位置に提示される物体に到達するDirect Cue Taskを導入し、これら2つ課題を遂行中の被験体の運動前野から細胞活動を記録した。両課題間の活動を比較することによって、認知的要求度がより高いSymbolic Cue Task時の細胞活動が、Direct Cue Task時と比べてどのような活動特性を持つのかを特徴づけることができた。また、運動前野には背側部と腹側部があるので、これらの領野間の機能分化にも着目した。解析の結果、複数の特徴を細胞活動レベルで同定することができた。まず、運動の実行時には、両者の課題間で細胞活動の差はほとんどないということが明らかとなった。これは、異なった情報処理経路で同一の運動が規定された場合には、運動前野の細胞活動は情報処理経路にかかわらず結論として導き出された動作内容のみを反映することを示唆する。こうした特性は、運動前野の背側部と腹側部の両方に見出された。さらに、実際に動作が決定される瞬間の活動を調べたところ、運動前野の背側部においてSymbolic Cue Task遂行時にDirect Cue Task時に比べて活動が増大していることが分かった。一方で、運動前野の腹側部では両者の課題で細胞活動の程度に差はなかった。この結果は、運動前野の背側部が抽象的な動作指示内容に基づいた動作選択にかかわっていること、一方で、運動前野の腹側部はこの過程への関与が小さいことを示唆している。

Research Products

• [Journal Article] Processing of visual signals for direct specification of motor targets and for conceptual representation of action targets in the dorsal and ventral premotor cortex (2009)
  • Author(s): Yamagata, T.
  • Journal Title: J.Neurophysiol. VOL.102 Pages: 3280-3294
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 運動野のsomatotopyを考える-行動制御の生理学的検討から (2009)
  • Author(s): Tanji, J.
  • Journal Title: Brain and Nerve VOL.61 Pages: 1363-1371
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transformation of a virtual action plan into a motor plan in the premotor cortex (2008)
  • Author(s): Nakayama, Y
  • Journal Title: J. Neurosci 28 Pages: 10287-10297
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Motor and nonmotor projections from the cerebellum to rostrocaudally distinct sectors of the dorsal premotor cortex in macaques
  • Author(s): Hashimoto, M.
  • Journal Title: Eur.J.Neurosci. (in press)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Involvement of dorsal and ventral sectors of the lateral prefrontal cortex in a concept-based action planning. (2009)
  • Author(s): Yamagata, T.
  • Organizer: the 39th annual meeting of the Society for Neuro science
  • Place of Presentation: McCormick Place convention center, Chicago (USA)
  • Year and Date: 2009-10-20
• [Presentation] Visual, auditory, and tactile sensory responses of neurons in the lateral prefrontal cortex (1PFC) in macaques. (2009)
  • Author(s): Saga, Y.
  • Organizer: the 39th annual meeting of the Society for Neuro science
  • Place of Presentation: McCormick Place convention center, Chicago (USA)
  • Year and Date: 2009-10-20
• [Presentation] Comparison of neuronal activity in three subareas of the dorsal premotor cortex. (2009)
  • Author(s): Nakayama, Y.
  • Organizer: the 39th annual meeting of the Society for Neuro science
  • Place of Presentation: McCormick Place convention center, Chicago (USA)
  • Year and Date: 2009-10-19
• [Presentation] 背側運動前野肩領域への前頭葉入力様式 (2009)
  • Author(s): 平田快洋
  • Organizer: 第32回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場(愛知)
  • Year and Date: 2009-09-18
• [Presentation] 小脳から大脳皮質背側運動前野への入力様式 (2009)
  • Author(s): 橋本雅史
  • Organizer: 第32回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場(愛知)
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] 淡蒼球内節から大脳皮質背側運動前野への入力様式 (2009)
  • Author(s): 星英司
  • Organizer: 第32回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場(愛知)
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] 動作概念を利用した視覚運動変換課題における背側運動前野内の機能分化 (2009)
  • Author(s): 中山義久
  • Organizer: 第32回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場(愛知)
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] 動作概念に基づいた動作プラン形成における外側前頭前野の機能的関与 (2009)
  • Author(s): 山形朋子
  • Organizer: 第32回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場(愛知)
  • Year and Date: 2009-09-16
• [Presentation] 感覚様式を越えて刺激の提示回数を反映するマカクザル前頭前野の細胞活動 (2009)
  • Author(s): 佐賀洋介
  • Organizer: 第32回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場(愛知)
  • Year and Date: 2009-09-16
• [Presentation] V Response properties of neurons in the premotor and prefrontal cortices to the appearance of visuospatial and instruction signals. (2009)
  • Author(s): Yamagata, T.
  • Organizer: IUPS 2009, 36th International Congress of Physiological Sciences
  • Place of Presentation: Kyoto International Conference Center(京都)
  • Year and Date: 2009-07-30
• [Presentation] Virtual and physical representation of action planning in primate dorsal and ventral premotor cortex and primary motor cortex. (2009)
  • Author(s): Nakayama, Y.
  • Organizer: IUPS 2009, 36th International Congress of Physiological Sciences
  • Place of Presentation: Kyoto International Conference Center(京都)
  • Year and Date: 2009-07-30
• [Presentation] The distribution of projection neurons from the claustrum to the frontal cortex is widespread with separate patches of high-density areas. (2009)
  • Author(s): Saga, Y.
  • Organizer: IUPS 2009, 36th International Congress of Physiological Sciences
  • Place of Presentation: Kyoto International Conference Center(京都)
  • Year and Date: 2009-07-30
• [Presentation] Neural Basis of target selection for reaching movements. (2009)
  • Author(s): Hoshi, E.
  • Organizer: Annual Meeting of Society for the Neural Control of Movement
  • Place of Presentation: Marriot Hotel, Hawaii (U.S.A)
  • Year and Date: 2009-04-29
• [Presentation] Cortical input to behaviorally characterized sites in Gpe (2008)
  • Author(s): Morrow, M. M
  • Organizer: the 38th annual meeting of the Society for Neuro science
  • Place of Presentation: The Walter E. Washington Convention Center, Washington, DC (U.S.A.)
  • Year and Date: 2008-11-17
• [Presentation] Involvement of the dorsal and ventral premotor cortex (PMd and PMv) in direct vs. indirect visuomotor behavior (2008)
  • Author(s): Yamagata, T
  • Organizer: the 38th annual meeting of the Society for Neuro science
  • Place of Presentation: The Walter E. Washington Convention Center, Washi ngton, DC (U.S.A.)
  • Year and Date: 2008-11-16
• [Presentation] Differential involvement of the dorsal premotor cortex (PMd) and the primary motor cortex (MI) in indirect visuomotor behavior (2008)
  • Author(s): Nakayama, Y
  • Organizer: the 38th annual meeting of the Society for Neuro science
  • Place of Presentation: The Walter E. Washington Convention Center, Washington, DC (U. S. A.)
  • Year and Date: 2008-11-16
• [Presentation] The dorsal aspect of area 46 (area 46d) and dorsal premotor cortex (PMd) receive specific, as well as common, inputs from the frontal and parietal cortex (2008)
  • Author(s): Saga, Y
  • Organizer: the 38th annual meeting of the Society for Neuro science
  • Place of Presentation: The Walter E. Washington Convention Center, Washi ngton, DC (U.S.A.)
  • Year and Date: 2008-11-16
• [Presentation] マカクザルにおける後部頭頂皮質から前頭前野背外側部と背側運動前野への投射様式 (2008)
  • Author(s): 佐賀洋介
  • Organizer: 第31回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 東京国際フォーラム・東京
  • Year and Date: 2008-07-10
• [Presentation] マカクザルにおける腹側運動前野指領域の皮質内結合 (2008)
  • Author(s): 平田快洋
  • Organizer: 第31回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 東京国際フォーラム、東京
  • Year and Date: 2008-07-10
• [Presentation] 運動前野背側部と腹側部は視覚情報に基づいた上肢動作に異なった関与をする (2008)
  • Author(s): 山形朋子
  • Organizer: 第31回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 東京国際フォーラム、東京
  • Year and Date: 2008-07-09
• [Presentation] 動作概念形成課題における背側運動前野および一次運動野の細胞活動 (2008)
  • Author(s): 中山義久
  • Organizer: 第31回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 東京国際フォーラム、東京
  • Year and Date: 2008-07-09
• [Presentation] 前頭前野腹側部から運動前野背側部への経シナプス投射 (2008)
  • Author(s): 高原大輔
  • Organizer: 第31回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 東京国際フォーラム、東京
  • Year and Date: 2008-07-09
• [Book] Premotor Areas : Medial (in Encyclopedia of Neuroscience) (2009)
  • Author(s): Tanji, J
  • Publisher: Elsevier
• [Remarks]
  • URL: http://www.tamagawa.ac.jp/teachers/hoshi/
• [Remarks]
  • URL: http://www.tamagawa.ac.jp/teachers/hoshi/index.htm