2016 Fiscal Year Annual Research Report
Role of intra-cortical inhibitory circuit in motor learning and sensory learning process
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16H03207
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| Research Institution | Niigata University of Health and Welfare |
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Principal Investigator |
大西 秀明 新潟医療福祉大学, 医療技術学部, 教授 (90339953)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田巻 弘之 新潟医療福祉大学, 医療技術学部, 教授 (40253926)
桐本 光 新潟医療福祉大学, 医療技術学部, 教授 (40406260)
佐藤 大輔 新潟医療福祉大学, 健康科学部, 准教授 (60544393)
山代 幸哉 新潟医療福祉大学, 健康科学部, 講師 (20570782)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 運動学習 / 感覚学習 / 脳磁図 / 経頭蓋磁気刺激 / 皮質内抑制 / 体性感覚誘発磁界 / 運動後抑制 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
運動学習過程における皮質内興奮性・抑制性の振る舞い明らかにすることを目的として，まず，単純な随意運動・他動運動および末梢神経刺激後の皮質活動の変動を調査し，５つの主要な結果を得た．（１）軽負荷の反復的随意運動後に一次運動野（M1）の興奮性が一次的に減弱する現象（PED）が見られる．このPED期間中における皮質内の抑制回路の振る舞いを計測・解析した結果，PED期間中にM1内の抑制回路の活動が増大していることが明らかになった（論文受理，Brain and Behavior）．（２）運動出力を要しない他動運動中のM1興奮性の変動を計測・解析した結果，他動運動中のM1興奮性は，運動開始（筋伸張開始）からの時間によって変動し，運動開始から約120ミリ秒時点で一時的に興奮性が増大することが明らかになった．（３）また，反復的な他動運動後には，M1興奮性が一時的に減弱することと，その減弱は他動運動の運動範囲に影響されないことが明らかになった（under review，Neuroreport）．（４）加えて，他動運動後のM１興奮性減弱は他動運動速度に影響され，5Hz頻度の他動運動後にはM1興奮性が10分以上減弱するが，0.5Hzや1Hz頻度の他動運動後にはM１興奮性の減弱が2分程度で回復することと，３Hz頻度の他動運動後にはM1の興奮性が変動しないことが明らかになった（under review，Neuroscience）．（５）最後に，末梢神経電気刺激によるM1興奮性の変動を計測・解析し，筋収縮を誘発する末梢神経刺激後にはM1興奮性が増大するが，筋収縮を誘発しない末梢神経刺激後にはM1興奮性が減弱することが判明した．
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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
運動学習過程における皮質内抑制回路の振る舞いに関する研究は順調に推移している．単純な随意運動・他動運動によってもM1興奮性が増減することと，その増減にはM1内の抑制回路の振る舞いが影響していることを明らかにした．また，末梢神経電気刺激による皮質興奮性の変動について，同じ電気刺激強度であっても筋収縮を誘発するか否かでその後のM1興奮性の振る舞いが異なることも明らかになった．
感覚学習過程の皮質内抑制回路の振る舞いに関する研究については，複数種類の機械的触覚刺激がM1興奮性を増減させることを確認しているが，S1興奮性の変動については現在実験を進めている段階である．また，前年度に特別注文で作成した二点式別覚を評価する装置を利用して感覚機能の検査を開始している．今年度は機械的触覚刺激による感覚機能の変動とS1・M1興奮性の変動および皮質内抑制回路の変動を解析する．
M1内の抑制回路の変動については，短潜時求心性抑制および短間隔皮質内抑制を利用し，順調に計測・解析できている．一方，S1内の抑制回路の変動を評価するための手法として利用するPair Pulse inhibition（PPI）のバラツキ度合いを現在確認している段階であり，今年度中にバラツキの原因解明と安定したS1抑制回路の評価指標（PPI変法）を確立する予定である．また，平成29年度から他施設の協力を得てMRSによるM1・S1内のGABA濃度計測実験を開始する予定であったが，平成30年度に所属機関がMRSを計測できるMRI装置を購入することになった為，次年度に実験を開始することに変更した．
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| Strategy for Future Research Activity |
１．306ch脳磁計を利用し，正中神経刺激によるSEF計測する．刺激パターンは，（１）単発試験刺激，（２）刺激間隔500msの二連発刺激（条件刺激＋試験刺激），（３）10Hzの頻度で6連発刺激（条件刺激）の500ms後に単発試験刺激，（４）20Hzの頻度で6連発刺激（条件刺激）の500ms後に単発試験刺激，（５）50Hzの頻度で6連発刺激（条件刺激）の500ms後に単発試験刺激，（６）100Hzの頻度で6連発刺激（条件刺激）の500ms後に単発試験刺激の6パターンをランダムに与える．上記（１）から（６）のパターンで刺激した際，試験刺激によって誘発されるSEFの抑制程度を比較する．また，抑制度合いが被験者間で異なることが予想されるため，そのバラツキの原因を解析する．
２．軽負荷で反復的な随意運動や他動運動を数分間繰り返すことにより，一時的に一次運動野の興奮性が減弱する（PED）．一方，筋収縮力などを調整する課題を行った後は，一次運動野の興奮性が一時的に増大する（PEF）．しかし，PEDとPEFを引き起こす運動課題の違いは明確でない．そのため，PED・PEFを引き起こす運動要因を明らかにする．また，他動運動後にM1興奮性が減弱することと，その減弱は他動運動速度に影響されて変動することが明らかになったが，他動運動後の一次体性感覚野（S1）の振る舞いが未だ不明である．そのため，他動運動後のS1興奮性の変動を明らかにする．さらに，運動学習課題後のパフォーマンスの変化や感覚学習課題後における感覚機能の変化とM1・S1興奮性の変動および皮質内抑制回路の振る舞いも解析する．
３．脳由来神経栄養因子（BDNF）遺伝子多型を同定し，BDNF遺伝子多型とSEF実験や運動学習・感覚学習課題の結果との関連性を解析し，データのバラツキに関連するか否かを解析する．
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