Functional role of brain-spinal cord pathways in mind-motor interaction

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K18570
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 10:Psychology and related fields
• Research Institution: Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science
• Principal Investigator: SUGAWARA Sho 公益財団法人東京都医学総合研究所, 脳・神経科学研究分野, 主席研究員 (80723428)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 福永 雅喜 生理学研究所, 生体機能情報解析室, 特任教授 (40330047)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: 脊髄 / 腹側中脳 / 機能的MRI / 運動準備

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study was to reveal the functional role of the neural pathway from the ventral midbrain to the spinal cord through the primary motor cortex. First, we established brain-spinal cord simultaneous fMRI. Consequently, we illustrated premovement preparatory activity in the human cervical cord through a US-Japan joint study. Even in this novel method, we replicated the previous finding that preparatory activity in the VM and M1 links to the strength of subsequent force generation. Furthermore, preparatory activity in the spinal segment, in which motor neurons controlling forelimb muscles are located, was associated with the strength of subsequent force generation. These findings suggest that the VM-M1-spinal cord pathway controls the strength of force generation.

Free Research Field

脳機能イメージング

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ドーパミン含有細胞が集まる腹側中脳は、報酬の処理と密接に関係し、行動の意欲を生成する重要な役割を担うと考えられている。その一方、腹側中脳は脊髄へ運動指令を送る一次運動野に対しても直接投射を持ち、腹側中脳刺激は筋活動を誘発する。本研究により、腹側中脳－一次運動野－脊髄が運動準備時に同時に活動し、発揮される力の決定に関わることが明らかになった。この成果は腹側中脳から脊髄へ至る神経経路が、意欲が力へと変換する役割を担うことを示唆し、学術的に大きな意義を持つ。また、気持ちの昂りによって意図せず強い力が発揮される「火事場の馬鹿力」の神経機構とも関連し、社会的な関心にも応える成果であると考えている。