2014 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Understanding brain plasticity on body representations to promote their adaptive functions |
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26120003
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| Research Institution | National Center of Neurology and Psychiatry |
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Principal Investigator |
関 和彦 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所モデル動物開発研究部, 部長 (00226630)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
内藤 栄一 国立研究開発法人情報通信研究機構, 脳情報通信融合研究センター, 研究マネージャー (10283293)
筧 慎治 公益財団法人東京都医学総合研究所, 運動障害プロジェクト, プロジェクトリーダー (40224365)
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| Project Period (FY) |
2014-07-10 – 2019-03-31
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| Keywords | 筋シナジー / ヒト / サル / 体性感覚 / 身体改変 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成２６年度は本研究課題を進めるためのセットアップ及び基本となる方法論の開発を行なった。まず、サルの上肢運動の際の筋電図記録法及び、そこから筋シナジーを抽出する方法を確立した。また動物の身体改変に必要な腱移行術の術式開発、さらに末梢神経活動への介入に必要な、ウィルスベクターの開発と、サル隔離飼育装置の導入等を行なった。ヒトの筋シナジー抽出に関しては、ヒト脳活動(BOLD信号)の活動パターンを詳細に解析するための最新のデコーディング技術(iSLR)を開発した。また、長期運動訓練に伴う運動野の可塑的変化に関して、世界的サッカー選手であるネイマールで検証し、彼は足の運動をする際に極めて限局した脳活動しか使っていないことを明らかにした。脳内のシナジー制御器の動作原理の解明についてはまず、運動中のサルに様々な外乱を与え、小脳の学習信号である複雑スパイク活動が関連する座標系を同定する計画であるが、これについては、使用する２頭の動物の訓練がほぼ完成し、H27年度以降の神経活動記録の準備が完成した。さらに、神経疾患患者（パーキンソン病、ジストニア等の基底核疾患，脊髄小脳変性症、小脳梗塞等の小脳疾患）の全身運動を高精度のモーションキャプチャーで記録し、クオータ二オンで記述し、全身運動のシナジーをキネマティクスレベルで分析するための準備を行なった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は、次年度からの実験の準備が主目的であったが既に注目すべき結果が得られているので、当初の計画以上に進展の評価とした。具体的には、まず霊長類の上肢運動の評価に必要な筋シナジー解析の方法が確立しただけでなく、従来記録したデータの再解析から、脊髄、赤核、皮質など複数の領域に筋シナジー生成器の存在が示唆された。また次年度以降の身体構造への介入実験を行なうための霊長類関連の機器や施設の準備が完了した。ヒトを対象とした筋シナジー制御器の同定ではiSLRという新しいデコーディング法を開発し、人差し指と中指など従来の脳機能マッピングでは分離することが難しかった微細な脳内身体表現を分離して同定することを可能にした。身体認知に関しては、筋肉の筋紡錘センサーを振動刺激することで人間が体験できる、四肢の運動錯覚現象(姿勢変化知覚)を用い、人間が自己の身体像変化を知覚する場合には、右半球の上縦束第3ブランチで結合された前頭(44野)-頭頂(PF野)ネットワークの活動が本質的であることを明確に示した。筋シナジー制御器の同定の目的の為には２つの柱で研究を進めてきた。まず、外乱実験に使用する２頭のニホンザルの訓練がほぼ完成し、H27年度以降の小脳からの神経活動記録の準備が完成した。この実験では、同定されたプルキンエ細胞での複雑スパイクの記録が特に重要であり、現在同定方法のノウハウを積み重ねつつある。次に、神経疾患の患者でモーションキャプチャーによる精密なキネマティクスの記録を行うが、細かなノウハウの積み重ねで効率良く短時間でデータを取得することが患者での研究成功の鍵を握るため、健常者でのテストを進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２７年度からは、本格的に身体変化に対する生体神経系の適応から、脳内身体表現のスローダイナミクス、ファーストダイナミクスについてそれぞれ神経表現を実験的に証明するための実験を本格化する。まず、サルの上肢の異なった機能を有する筋（腱）をつけかえ、それらに対する中枢神経系の適応の時定数を知る。また、その際、末梢神経入力が重要な事を証明するため、末梢神経活動を人工的に修飾する実験も行なう。またこのようなプロセスにおいて筋シナジー生成器や制御器がどのように変化するのかを特に注目する。シナジー制御器の学習をモデル化し、小脳や大脳基底核でこれらがどのように表現されているのかを実験的に明らかにする。ヒトを対象とした筋シナジー制御器の同定は、iSLR法を用いた、音楽家ジストニア患者の手指脳内表現の変容の解明の実験からスタートし、第一次運動野や体性感覚野で見られる指表現の異常な重複が患者のmaladaptiveな脳内身体表現の実態であることを解明しつつある。このmaladaptiveな領域と筋シナジー制御器との関連性を明らかにする。
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[Journal Article] Different impressions of other agents obtained through social interaction uniquely modulate dorsal and ventral pathway activities in the social human brain2014
Author(s)
Takahashi H, Terada K, Morita T, Suzuki S, Haji T, Kojima H, Yoshikawa M, Matsumoto Y, Omori T, Asada M, and Naito E
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Journal Title
Cortex
Volume: 58
Pages: 289-300
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Subcortical control of voluntary movement2014
Author(s)
K. Seki
Organizer
18th Thai Neuroscience Society Conference 2014 and 2 nd CU-NIPS Symposium “Frontier in Neuroscience Research”
Place of Presentation
Bangkok, Thailand Chulalongkorn University
Year and Date
2014-12-22
Int'l Joint Research / Invited
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