主課題と割込み課題からなる二重課題の遂行に関与する内側・外側高次運動野の機能連関

• Project Area: The study on the neural dynamics for understanding communication in terms of complex hetero systems
• Project/Area Number: 24120702
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 嶋 啓節 東北大学, 医学(系)研究科(研究院), 非常勤講師 (60124583)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥12,740,000 (Direct Cost: ¥9,800,000、Indirect Cost: ¥2,940,000); Fiscal Year 2013: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2012: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: 二重課題 / 霊長類 / 局所電位 / 内側運動野 / 外側運動野

Research Abstract

脳の高次運動野は前頭葉の内側・外側に大別され，外側領域は，外界からの視覚刺激に基づいて運動を遂行することに，内側領域は，記憶に基づいて順序動作を行うために重要と考えられている．申請者らは，外側・内側の高次運動野が，個体が行動する際に直面する状況に応じて，局所電位(LFP)の同期状態を変化させ、脳領域間の機能的な結合の強弱，及び情報が伝達される方向を調節しているという仮説の下，ニホンザル二頭に二重課題を訓練し，課題遂行中のサルの外側・内側高次運動野からLFPを同時記録した．ここで用いた二重課題では，セクションごとに，サルに一連の順序動作を記憶させ，繰り返し行わせた(主課題)．主課題の途中で，主課題で行う順序動作と無関係な動作を視覚信号で指示し，これを割込課題と呼んだ．割込課題終了後，サルは直ちに主課題に復帰し，割込前に行っていた順序動作を想起し再現することが求められた．この課題の要求水準は動物に対しては極めて高度であるにも拘わらず，2頭のサルは非常に高い割合(85%以上)でもとの順序動作を再現できた．同時記録されたLFPを解析した結果，割込課題遂行時には，主課題遂行時に比べて，幅広い帯域(10~40Hz)でコヒーレンスが上昇していた．この結果は，外側・内側高次運動野が位相同期して活動することにより機能的独立性を保ち，主課題で行うべき順序動作の記憶が割込課題の影響で変化したり消去されないようにしていることの反映と解釈できる．本研究課題に関連して，同側半球の内側運動野を構成する補足運動野(SMA)，及び前補足運動野(pre-SMA)より同時記録したLFPの解析も行った結果，各試行を開始するときにpre-SMAの位相がSMAに比べて進むことが明らかになった．この結果は脳領域間の同期状態を試行毎に初期化していることの一端を示したものと理解される．

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Neurons in the cingulate motor area signal context-based and outcome-based selection of volitional action (2013)
  • Author(s): Junichi Iwata, Keisetsu Shima, Jun Tanji, and Hajime Mushiake
  • Journal Title: Experimental Brain Res Volume: 229 Issue: 3 Pages: 407-17
  • DOI: 10.1007/s00221-013-3442-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Neuronal activity in the prefrontal cortex during performance of a dual task consisting of a main- and an interrupting-task. (2013)
  • Author(s): Miyazaki A, Nakajima T, Shima K, Mushiake H.
  • Journal Title: Advances in Cognitive Neurodynamics Volume: 3 Pages: 795-802
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Altered cognitive function of prefrontal cortex during error feedback in patients with irritable bowel syndrome, based on FMRI and dynamic causal modeling (2012)
  • Author(s): Aizawa E, Sato Y, Kochiyama T, Saito N, Izumiyama M, Morishita J, Kanazawa M, Shima K, Mushiake H, Hongo M, Fukudo S
  • Journal Title: Gastroenterology Volume: 143(5) Issue: 5 Pages: 1188-1198
  • DOI: 10.1053/j.gastro.2012.07.104
  • Peer Reviewed
• [Presentation] The influence of arm-movement preparation on interhemispheric beta synchronization in the medial motor areas (2013)
  • Author(s): Toshi Nakajima, Haruka Arisawa, Ryosuke Hosaka, Keisetsu Shima, Hajime Mushiake
  • Organizer: Neuroscience 2013
  • Place of Presentation: San Diego, CA USA
• [Presentation] Cue-dependent Modulation of Synchrony in Primates’ Medial Motor Areas (2013)
  • Author(s): Haruka Arisawa, Ryosuke Hosaka, Keisetsu Shima, Toshi Nakajima, Hajime Mushiake
  • Organizer: 4th International Conference on Cognitive Neurodynamics
  • Place of Presentation: Sigtuna, Sweden