2020 Fiscal Year Research-status Report
Experimental and computational modeling studies to unravel the spinal-cerebellar circuits underlying locomotor adaptation
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20KK0226
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
柳原 大 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (90252725)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青井 伸也 京都大学, 工学研究科, 准教授 (60432366)
結城 笙子 東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (60828309)
藤木 聡一朗 獨協医科大学, 医学部, 講師 (90770173)
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| Project Period (FY) |
2020-10-27 – 2023-03-31
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| Keywords | 歩行 / 左右分離型ベルトトレッドミル / ラット / マウス / 肢間協調 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、Drexel大学との国際共同研究として、歩行の適応的制御に関わる小脳から脳幹を介し脊髄までの神経機構について、ラット及びマウスを対象に、運動学的解析、電気生理学的解析、また、光遺伝学を適用した小脳プルキンエ細胞への活動阻害操作などの実験研究と、神経筋骨格モデルによる動力学シミュレーションとを組み合わせて解明することを目的としている。
本年度は、ラット用左右分離型ベルトトレッドミル(split-belt treadmill)を用いて、正常野生型ラットの後肢2足歩行時に、左右のベルト速度を同一にしたtied-belt条件から左右で異なるベルト速度のsplit-belt条件へ移行した際の特に初期相の運動学的特徴について3次元モーションキャプチャシステムを用いて解析した。それらの結果として、ヒト及びネコなどを用いた先行研究で報告されているsplit-belt条件での即時的な適応がラットの後肢2足歩行においても観察することができることを明らかにした。
また、新たにマウス用の左右分離型ベルトトレッドミル(split-belt treadmill)を開発及び製作し、マウスにおいては4足歩行時に左右のベルト速度を同一にしたtied-belt条件と左右で異なるベルト速度のsplit-belt条件での肢運動の運動解析をdeep learning toolを用いた座標検出法を利用し、運動解析を行うシステム環境を構築した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
研究計画の当初において、マウス用の左右分離型ベルトトレッドミルを新たに開発及び製作する予定であったが、特に製作後幾つかの重大な不具合が見つかり、それらを修繕・改良するために多くの時間が費やされた。また、コロナ禍での研究活動制限により大学院生等が実験に参加することがほとんどできなかったため、実際の動物を用いた3次元モーションキャプチャシステムによる運動学的解析実験が遅れたことによる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度新たに作製したマウス用の左右分離型ベルトトレッドミル(split-belt treadmill)及びdeep learning toolを用いた座標検出法を適用した運動解析システムの有効性が確認されたため、ラットにおいては、従来通り運動解析と小脳プルキンエ細胞の発火活動の記録・解析を中心に進めるが、マウスにおいては、photothrombosisi法により小脳正中虫部に小脳梗塞を引き起こした小脳梗塞モデルマウス、また、脊髄小脳変性症６型モデルマウスを対象に歩行学習課題を課して、適応学習における小脳の機能的障害について運動学的に解析を進めていく。
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| Causes of Carryover |
研究計画の当初において、マウス用のスプリットベルトトレッドミルを新たに開発及び製作する予定であったが、特に製作後幾つかの重大な不具合が見つかり、それらを修繕・改良するために多くの時間が費やされた。また、コロナ禍での研究活動制限により大学院生等が実験に参加することがほとんどできなかったため、実際の動物を用いた3次元モーションキャプチャシステムによる運動学的解析実験も遅れ、さらには、電気生理学的記録のための電極等の購入を見合わせたことにより残予算が生じた。
次年度は、研究計画における遅れを取り戻すために、人的な研究環境の改善を目的として、特任研究員を雇用する。
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