フィードフォワード型姿勢制御における神経機構の解明
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20K19592
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 59030:Physical education, and physical and health education-related
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| Research Institution | The University of Electro-Communications (2023)
The University of Tokyo (2020-2022) |
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Principal Investigator |
鴻巣 暁 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 特任研究員 (80838483)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | フィードフォワード型制御 / 小脳虫部 / 姿勢制御課題 / 予測的姿勢制御 / 大脳小脳連関 / 内部モデル / 運動学習 / 大脳―小脳連関 / シミュレーション / 大脳ー小脳連関 / ラット / 予測的運動制御 |
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| Outline of Research at the Start |
2020年度はラットを用いた新規の姿勢制御課題を構築し、予測的姿勢制御における小脳の特定領域の役割を明らかにする。2021年度から2022年度前半にかけては、2020年度に構築した実験課題を用いて予測的姿勢制御の神経機構を明らかにする。具体的には、小脳を含む中枢神経系に電極を配し、課題実行中の神経活動を記録する。これにより、大脳―小脳間、および各脳領域内の情報伝達・変換の過程を明らかにする。2022年度後半は、大脳皮質前頭領域の障害実験により、予測的運動制御における大脳皮質各領域の役割と神経再編機構を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
中枢神経系の情報処理は時間遅れやノイズを伴うため、日常動作やスポーツ動作の素早く円滑な実行には予測的な姿勢制御が不可欠である。脳疾患患者の運動分析等により予測的姿勢制御に関与する中枢神経領域が同定されつつあるが、詳細な神経機構は明らかでない。本研究ではラットにおける新規の姿勢制御課題を構築し、大脳―小脳連関の局所的破壊実験および神経活動記録により、予測的姿勢制御の神経機構を解明する。2022年度までの研究で小脳虫部Ⅳ－Ⅷ葉が予測的姿勢制御の学習効率に重要であること支持する結果が得られたため、原著論文として国際誌へ投稿した。2023年度はこの論文の修正等の作業と並行して、以下2つの未解決課題を検討するための研究を推進した。第一に、小脳虫部の障害により予測的姿勢制御の学習が完全には抑制されなかった原因が、障害から測定までの7日間に起きた神経回路の再編成によるものか、第二に、小脳虫部Ⅳ－Ⅷ葉の中の各微小領域は予測的姿勢制御の学習において異なる役割を果たすか、という問いであった。これらを解明するため、神経阻害薬ムシモルにより虫部Ⅳ－Ⅵ葉とⅥ－Ⅷ葉を阻害した場合それぞれについて、姿勢課題の測定を行った。結果として、いずれの場合も非障害個体と比較して学習効率等のパラメータに有意差は無かった。これらの結果から、予測的姿勢制御における学習の抑制にはⅣ－Ⅷ葉全体を障害する必要があり、内部モデルの構築に各微小領域が相補的に機能していること、この相補機能が小脳障害に対する学習能力の頑健性につながっていることが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
第二の研究課題である「予測的姿勢制御における小脳虫部の役割」について、研究計画当初は小脳虫部Ⅵ-Ⅶ葉の障害により予測的姿勢制御の学習が完全に抑制される結果を予想していた。しかしながら、実験の結果、学習が完全に抑制される結果とはならなかった。その原因として、手術後の神経再編成が関与している可能性が考えられ、さらに、虫部Ⅳ－Ⅷ葉内の各微小領域に姿勢機能の違いがあるかという問いが生じた。これらは姿勢制御の神経機構を理解するうえで重要な問題であり、第三の研究課題「予測的姿勢制御の神経機構」において神経活動測定の標的を決定するためにも重要な情報であったことから、当初の予定よりも多くの実験を実施した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2024年度は第三の研究課題である「予測的姿勢制御の神経機構」に取り組む。小脳虫部Ⅳ－Ⅷ葉全体が予測的姿勢制御の内部モデルの形成に寄与することが示唆されたため、実験課題中のラットにおいて当該領域および大脳皮質前頭領域の神経活動を測定し、両領域間の神経活動同期に着目した分析を実施する。
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Report
(4 results)
Research Products
(9 results)
