2021 Fiscal Year Annual Research Report
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19H01092
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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) |
舩戸 徹郎 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (40512869)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 巧緻性 / 手指 / 霊長類 / 脊髄反射 / 随意運動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
神経細胞によるシナジー表現について、本年度は論文化のための解析と論文執筆作業を行った。解析としては、複数頭のサルのpremotor neuronの筋出力効果を統一的に解析できるよう、データフォーマットを統一し、プログラム作成を行った。次に、同じ解析に影響を与えるチャンネル間クロストークを除外して論文化に用いるデータセットを確立した。当該データセットを用いてSpike-triggered averagingを行ってpremotor 細胞の筋フィールドを同定した。また、新たな脊髄を対象とした実験技術のために、脊髄から多くの神経細胞活動を記録するため、多極電極の設計を行った。市販のニューロピクセル電極を含めて複数電極の機能評価が可能なテスト環境を齧歯類を用いて確立した。脊髄反射については、positive feedback 回路のモデルを完全に見直し、新たなモデルによるシミュレーションを行った。その結果、どう反射回路による筋電図の持続時間と振幅の制御機構が明らかになり、その仮説を記録データの再解析によって証明した。これらを反映した論文作成を進めている。さらに楔状束核からの神経活動記録を進め、その行動中の変化パタンに関する論文執筆を開始した。脳卒中プロジェクトについては、行動解析と損傷部位の関連性についての解析が終了し、論文のドラフトが完成した。次年度中旬には投稿が可能な状態になった。
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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
3プロジェクトとも年度当初の予定通り順調に進んでいる。感覚帰還信号による脊髄反射系の駆動に関して、末梢神経オプトジェネティックス について霊長類における適用を開始し、抑制性オプシンの検討まで進めたことは評価できる。また、楔状束核の細胞活動記録技術が進展し、多細胞同時記録が可能になった点も予想していなかった進展である。神経細胞によるシナジー表現については、担当研究者の異動によって若干の遅れが認められるが、解析は進んでいる。つまりデータセットを統一してSpike-triggered averagingを完成させた。また、当初予定していない、脊髄からの多細胞活動記録方法を齧歯類で確立した点は評価に値する。次年度はこの技術を用いて、覚醒行動下の齧歯類からの記録を実現する。脳梗塞モデルについては、従来方法を見直し、機械学習を用いたより客観的で網羅的にな行動解析を行い、その結果を用いることにより、より精密な論文作成が可能になった点が評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
神経細胞によるシナジー表現については、論文出版を行うのが大きな目標である。次に、齧歯類の上肢運動オペラントコンディショニング装置を応用して行動訓練し、行動遂行中の脊髄ニューロンの多チャンネル記録を行うことが目標となる。同技術は世界でもまだ実現させておらず、インパクトは高い。従来方法とは桁違いのスループットでのデータ獲得が可能になるはずである。脊髄反射については、まずポジティブフィードバック回路仮説についての論文投稿、および楔状束核機能に関する第一報の論文出版を行うことが目標になる。またその背景にある活動制御機構に関する実験を進展させる。脳卒中プロジェクトについては、次年度中に論文出版を行うことが目標となる。
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[Presentation] Bio-Electrical Signals for Motor Control in Robotics: Standardization of Muscle Synergy Analysis2021
Author(s)
Alvaro Costa, Massimo Sartori, Qi An, Kazuhiko Seki, Andrea d`Avella, Diego Torricelli, Yuri Ivanenko, Andres Ubeda, Fady Alnajjar, Emel Demircan, Juan C. Moreno, Shingo Shimoda
Organizer
2021 IEEE/RSJ International conference on intelligent robots and systems
Int'l Joint Research / Invited
