2016 Fiscal Year Annual Research Report
Study on cerebellar information processing underlying flexible motor control and learning
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15K16086
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| Research Institution | Chubu University |
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Principal Investigator |
稲垣 圭一郎 中部大学, 工学部, 講師 (10568942)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | モデルシミュレーション / 小脳 / 運動学習 / 前庭 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
小脳における運動制御・学習メカニズムをその柔軟性を探ることを目的として，正弦波刺激を用いた前庭動眼反射（VOR）の眼球運動を再現可能な小脳の数理モデルの改良を行った．具体的には，これまでの数理モデルの小脳部を左右両半球構造を持つように拡充した．この改良に伴い、小脳半球ごとに左右眼球運動への寄与を研究知見に沿うように記述した．こうして改良した小脳両半球構造を持つ数理モデルの内部パラメータをリスザル，または金魚による生理実験で得られたVOR眼球運動と小脳プルキンエ細胞応答のデータを用いて推定した．構築した数理モデルにより，正弦波刺激によるVORパフォーマンスの増加および減少学習を評価したところ，リスザルや金魚で確認されている学習特性を再現でき，また学習後の片側小脳切除シミュレーションから，パフォーマンス増加と減少学習で獲得されたパフォーマンスの減衰量が異なることが確認された．こうした結果から，小脳内ではVORパフォーマンスの増加および減少学習およびその維持が異なるメカニズムで実現されている可能性を示唆した．さらに，左右頭部方向を区別した非対称型のVOR運動学習を同様のモデルにてシミュレートした．シミュレーションでは，リスザルや金魚実験で確認されている頭部運動方向に依存したVORパフォーマンスの変化が定性的に再現された．学習後の暗闇におけるVOR時のプルキンエ細胞の発火パターンを評価したところ，右小脳では正方向への全波整流様の発火パターン，左小脳では負方向への全波整流様の発火パターンとなることが確認された．こうしたプルキンエ細胞発火パターンの変化が頭部運動方向に依存したVORパフォーマンスの変化を実現することを示した．
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