2019 Fiscal Year Research-status Report
Functional localization and corticofugal projections of premotor areas controlling posture and reaching
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19K06934
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| Research Institution | Asahikawa Medical College |
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Principal Investigator |
中島 敏 旭川医科大学, 医学部, 助教 (00455792)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 姿勢調節 / 到達運動 / 随意運動 / 高次運動野 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，高次運動野から脳幹網様体に投射する系が姿勢調節に関与し，脊髄に直接投射する系は随意運動の制御に関与するという予想を動物実験で検証することである．研究初年度は姿勢調節のフェーズと随意運動のフェーズを時間的に分離するため，2頭のネコ(A, M)に対して遅延到達運動課題を課し, 行動データを記録解析した．
訓練は順調に進行した．ネコは毎試行開始時に床反力計上で四足にかかる荷重がほぼ均等になった状態で一定時間立位を保持できた．次に前方のタッチパネルに標的が提示されてから0.6秒間ネコは前脚を挙上せずに自由に重心位置を変更しつつGO信号を待つことができた．GO信号が提示されるとネコは一方の前肢を素早く挙上して標的へ到達運動を行うことができ，報酬を得た．
課題遂行中に床反力計にかかる荷重を記録し，圧力中心(CVP)を連続記録した．ネコAでは直後に左右どちらの前肢で到達運動を行うかによって標的提示直前のCVPが有意に変化していた．ネコMは全ての到達運動を左前肢で行ったが，試行開始から標的提示までの間にCVPが右方へ有意に偏位し，左肢での到達運動に向けた姿勢調節を行っているものと解釈された．同じ足で異なった標的に到達運動する時のCVPの変化は，GO信号提示前には観察されず，到達運動を開始すべくネコが一方の前肢を床反力計から離す瞬間にはじめて観察された．
次にネコが自身の行動履歴に基づいて標的が提示される場所を予測でき，その予測がCVPに反映されるかを検証するため，標的の位置を3試行毎に左右に交替し，標的が提示された瞬間にネコが到達運動を開始できるような課題条件を組んだ．標的提示前の遅延期間のCVPを解析した結果，CVPは次に提示される標的の位置に応じて両方のネコで有意に変化した．以上より，到達運動を行う前肢及び標的位置に基づいた姿勢調節が遅延期間中のCVPから検出できた．
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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
初年度は遅延到達運動課題を高い正答率(~80%)で遂行するように2頭のネコを訓練できた．遅延期間が終わり肢を挙上するまでの間のCVPの変化と比べると遅延期間中のCVPの変化は小さかったので，当初の目論見のように遅延期間中にネコがCVPの移動を大部分完了させてしまうようなストラテジーをとるまでには至っていない．しかし，遅延期間中はネコは確実に姿勢調節のみを行っており，姿勢調節を反映した神経細胞活動解析が従来より容易になるような実験系を構築できたと考える．
また，ネコが到達運動に用いようとしている効果器（右肢か左肢か）及び到達しようとしている標的を反映して，遅延期間中のCVPが変化することを見出すことができ，かつネコが次に提示される標的の位置を予測していることを支持する興味深い知見も得たため，本年度の進捗は概ね順調であったと評価する．
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| Strategy for Future Research Activity |
2年目の本年度は新型コロナウイルスの影響で研究計画の遅延が見込まれる．具体的には，研究代表者の旧所属である旭川医科大学において動物実験が年度はじめより2か月以上ストップする見込みであること，研究代表者が現在所属している富山大学統合神経科学講座と旭川医大の間の往来が困難になっていることが大きな懸念材料である．
富山大学にネコの実験系を導入することも考え得るが，富山大学動物実験施設ではネコを飼育するスペースが存在しないため，導入準備に要する期間を考えると現実的な案ではない．一方富山大学のメリットは長年ニホンザルを認知課題に用いてきた歴史があり，サル用に認可された実験スペースを使用可能なことである．従って今年度はコロナウイルスによる緊急事態宣言が解除され次第，サルに到達運動課題の訓練ができるような実験系の構築を富山大学で開始する．
課題中，サルは座位で頭部を固定され，ばね及び圧力センサーが付属したバーがサルの前方に水平に置かれている．ばねの復元力に抗してサルが両手で一定時間バーを押すとサルの前方に設置されたタッチパネル上に標的が提示される．標的提示からGO信号が出るまでの遅延期間にサルは両手をバーから離してはならないが，GO信号が出ると左右いずれかの手でバーを押し続けながらもう片方の手をバーから離して素早く標的に到達しなくてはならない．サルはそうすべく遅延期間中に左右の手にかける力のバランスを変えるよう訓練されるので，姿勢制御のフェーズを到達運動のフェーズから時間的に分離することが可能になる．
このプランの特徴は，サルが左右それぞれの手でバーを押す力を計測することにより，どちらの手でどの標的に到達しようとするかに基づいて姿勢調節の仕方を特徴づけられることであり，本事業の目的通り皮質脊髄路ニューロン・皮質網様体ニューロンを同定して課題中の神経細胞活動を記録できることを期待できる．
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Research Products
(4 results)
