| 研究領域 | 身体－脳の機能不全を克服する潜在的適応力のシステム論的理解 |
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| 研究課題/領域番号 |
19H05724
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
複合領域
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| 研究機関 | 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター |
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研究代表者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
94,120千円 (直接経費: 72,400千円、間接経費: 21,720千円)
2023年度: 15,730千円 (直接経費: 12,100千円、間接経費: 3,630千円)
2022年度: 16,120千円 (直接経費: 12,400千円、間接経費: 3,720千円)
2021年度: 17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2020年度: 12,610千円 (直接経費: 9,700千円、間接経費: 2,910千円)
2019年度: 32,110千円 (直接経費: 24,700千円、間接経費: 7,410千円)
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| キーワード | マカクサル / 可塑性 / 筋シナジー / 筋電図 / 筋再配置 / tendon transfer / macaque monkey / muscle synergy / sensorimotor / ECoG / EMG / 超適応 / 霊長類 / 運動 / 感覚予測誤差 / 身体改変 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
身体の障害や疾病などによってヒトの身体構造が急激に変化する場合がある。そのような状態でも短時間のリハビリテーション訓練などによって意図したとおりに運動を行うことができるのは，身体運動に関わる脳神経構造が、変化した身体に適応して再構成されているからである。身体の急激な変化は後天的で個体にとって未経験の現象であり、それに対する適応は超適応として定義することができる。この、超適応時の脳神経構造の再構成のメカニズムは明らかでない。そこで、本研究ではヒトと筋骨格構造が類似しているサルを対象に、身体構造を変化させ、それに対する中枢神経系の適応を神経細胞レベルで神経生理学的に評価する。
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| 研究実績の概要 |
本年度は引き続き身体改変に対する超適応のslow dynamicsを説明しうるような神経表現を検索した。身体改変はマカクサル手指筋群の一部の屈筋と伸筋腱の付け替えモデルを用い、再配置筋とそうでない筋から筋電図活動を記録し、筋シナジー解析などによって解析した。前年度の実験では筋シナジーの数が不十分でそのため可塑性の変化が困難だったので、手術前にサルの個体差に応じて適切な運動タスクを設計するようにした。この場合、かなり長期間に渡って筋電図を記録する必要があるため、
完全に埋め込み型、外部給電によって無線記録をするシステムを用いて記録を行うシステムを用い、安定的に記録ができるようになった。また、運動タスクは単なる餌の把握運動だけでなく、レバー引き課題などを併用することによってシナジー数を増加することが可能になった。また、運動前野、感覚運動野、高次感覚野を含めた皮質広領域からの皮質電位を記録した。多様な解析が可能であるが、まず感覚運動野と筋電図記録のコヒーレンス解析を行なった。腱付け替え手術後に、特定周波数帯域のコヒーレンスが一時的に増加する傾向が認められた、この変化は、筋シナジーが一時的に変化する時期と一致していた点が有意義だと考えている。同等な解析を他筋、そして脳波電極で行い比較するための解析パイプラインの必要性が明確になったのでその開発を開始した。上記と並行して、筋活動変化の early phase, late phase の特徴を報告する論文投稿を完了した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
適応のEarly phaseと late phaseを複数の個体で確認し、さまざまな有識者と議論の上論文化し、投稿できた点は評価できる。タスクデザインの変更の変更はシナジー数を増加させるためで、当初は予想していなかったが、この変更によって次年度はより高精度に神経制御系の変化を捉えることができるので評価できる。一方、慢性埋め込み電極の技術開発に予想より長時間かける必要があり、そのため動作解析などの進捗がやや停滞している。
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| 今後の研究の推進方策 |
現在、行動訓練がほぼ完了した個体が複数頭準備できている。次年度は本研究課題の最終年度であるのでこれらの個体を用いて、当初の研究目的を達成したい。具体的には、腱付け替えモデルにおける適応の slow dynamics とfast dynamicsについて、筋電図だけでなく、脳波、行動もリンクさせた多変量のデータを用いて解明する。また、領域の他の班で進行してきる、サルの筋骨格モデルを用いた解析にデータを提供し、上記結果の数理モデルによる解析を完了する。
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