2017 Fiscal Year Annual Research Report
Neural adaptative mechanism for physical changes
| Project Area | Understanding brain plasticity on body representations to promote their adaptive functions |
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| Project/Area Number |
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脳情報通信融合研究室, 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・感覚システム研究分野, 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 | さる / 身体改変 / 小脳機能評価 / 筋シナジー / 下前頭-頭頂ネットワーク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
まず、総指伸筋（EDC）と浅指屈筋(FDS)を相互に付け替える交差再配置モデルを確立した。前述の一方向性モデルは、BRDの元の機能は欠損したままなので、「機能代償モデル」である一方、両方向性モデルは屈筋と伸筋の機能が「入れ替わる」という点で身体改変モデルと呼ぶことができる。両方の動物モデルにおいて、術後から再訓練を行うと数ヶ月後には見かけ上術前と変わらない運動（手首屈曲伸展または把握運動）が行われるまでに回復し、定常状態に到達した。しかし、興味深いことにこの定常状態は術前とは異なっていた。またこの定常状態に至る過程には行動および神経活動指標ともに２相性のダイナミクスが認められた。このダイナミクスは身体改変に対する脳神経系適応のスローダイナミクスを反映していると考えられる。
次に、運動課題を行うニホンザルの小脳から記録された苔状線維（入力）、プルキンエ細胞（中間表現）、歯状核細胞（出力）という３つの神経細胞集団間の活動の関係性を分析し、歯状核からの小脳出力が未来の苔状線維入力を予測する情報を持っていることを明らかにした。また、B02近藤グループと共同でMicrosoft社の協力を得てKinect v2というゲーム機用のセンサーを利用した低コストの全身運動の記録・評価システムを完成させた。さらに、ヒトの運動領野ネットワークと上縦束第3ブランチという脳内神経線維で結合される下前頭-頭頂ネットワークがどのように自己身体認知に関与しているのか、これらが発達という脳のslow dynamics過程において示す可塑的変化に関する研究を行った。その結果、ヒトの脳内身体表現の定型発達に伴う貴重なslow dynamicsの知見を提供した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度は予定通りの研究が進捗すると同時に、7本の英文原著が出版された。上記とは別に、項目間連携で脳卒中患者の筋シナジーを用いた脳内身体表現マーカーが日伊共同研究で確立しつつあり、今後解析と論文化を進めてゆく必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は最終年度なので各項目において脳内身体表現マーカーの確立に向けて研究を加速する。身体改変実験では、硬膜内電位(ECoG)記録を用いて、脳神経のスローダイナミクスを直接評価することを目指し、また２つの確立した身体改変モデルを用いた筋シナジー解析を行う。そして筋シナジー構造の変化と神経活動の変化を比較することによって、筋シナジー制御器のマーカー確立を行う。また、このような筋シナジーマーカーの振る舞いは筋や皮膚からの感覚入力と閉ループを形成している可能性がある。この仮説を証明するために、体性感覚を選択的に操作する技術をすでに開発したので論文化の後、サルにも適用する。本年度開発された小脳機能評価系は臨床の小脳機能評価システムであるSARAと同様に限局した体部位の異常運動を評価すると同時に、全身のboneのリンクの異常運動を評価できる全く新しいシステムである。今後、複数のsynergy controllerが相互依存的に並列して働く脳内身体表現の分析ツールとして活用し、更にデジタル化などを進める。さらに、ヒトイメージング研究では、次の標的として運動野ー小脳ループを選び、それらの生後発達を定量化する研究に挑戦する。
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[Journal Article] 固有感覚2017
Author(s)
内藤栄一、雨宮薫、守田知代
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Journal Title
Clinical Neuroscience誌 月刊臨床神経科学 体性感覚What’s New
Volume: 35(2)
Pages: 140-144
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[Book] 手の百科事典2017
Author(s)
バイオメカニズム学会編 関和彦, 内藤栄一ほか
Total Pages
608
Publisher
朝倉書店
ISBN
978-4-254-10267-3
