研究課題/領域番号 |
20KK0226
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研究種目 |
国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))
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配分区分 | 基金 |
審査区分 |
中区分59:スポーツ科学、体育、健康科学およびその関連分野
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研究機関 | 東京大学 |
研究代表者 |
柳原 大 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (90252725)
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研究分担者 |
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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研究期間 (年度) |
2020-10-27 – 2024-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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配分額 *注記 |
18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)
2022年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2021年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
2020年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
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キーワード | 歩行 / 小脳 / 脊髄 / パターン生成 / 神経筋骨格モデル / 肢間協調 / 運動学シナジー / 左右分離型ベルトトレッドミル / マウス / ラット / 中枢パターン生成器 |
研究開始時の研究の概要 |
歩行運動における肢運動の協調とその適応的制御に関わる脊髄小脳ループの働きについて、小脳のニューロン活動の記録解析と光遺伝学的神経活動阻害を主とした神経生理学的実験研究を行うとともに、計算論的神経科学研究として、脊髄内神経回路、小脳皮質神経回路、それらを繋ぐ脳幹下行路や上行路を組み込んだ脊髄小脳ループを構築し、適応的制御の数理的シミュレーション、さらには、筋骨格モデルを融合させた動力学シミュレーションにより、適応的制御の回路構造と、このclosed loopによって発現し得る情報処理機能について解明する。
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研究実績の概要 |
歩行を円滑かつ安定に遂行するためには肢内及び肢間における時空間的な協調が重要であり、種々の環境変化に応じて適応を生じるためには脊髄小脳ループが重要な役割を持つと推測される。本研究では、左右分離型ベルトトレッドミル(Split-belt treadmill)を用いてマウス及びラットの歩行運動の神経生理学的実験を行い、肢運動及び小脳プルキンエ細胞活動の動態について詳細に解析する。また、計算論的神経科学的研究として、歩行制御に関わる小脳及び脊髄における神経制御モデルを作成し、筋骨格モデルと統合した神経筋骨格モデルを構築する。さらに、光遺伝学による小脳プルキンエ細胞活動の時空間的な阻害実験と、神経筋骨格モデルにおける機能阻害の動力学シミュレーションを検証し、脊髄小脳ループにおける適応制御に関わるメカニズムを解明することを目的としている。 独自に設計・製作した左右分離型ベルトトレッドミルを用いて、ラットにおいては後肢2足歩行、マウスにおいて4足歩行時に、左右のベルト速度を変化させてそれに対する適応学習課題を課し、その際の運動学的解析から歩行の時空間的なパターンの適応と後効果の動態について明らかにした。脊髄小脳変性症6型モデルマウスにおいては、適応の障害が観察された。また、ラットにおける後肢2足歩行においては、左右のベルト速度比を1.5倍、2.0倍、2.5倍等に変更した際の後肢の運動学シナジーの変容について、特異値分解により関節角運動を空間的協調と時間的協調に分解して解析し、特に、速いベルトと遅いベルト上の肢においては時間的協調が顕著に変化することが示された。
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
マウス及びラットの各左右分離型ベルトトレッドミルに故障等が生じ、その修繕工事に関わる機器の納品と作業にかなりの時間を要したために、当初計画していた実験を十分に遂行することができなかったため。
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今後の研究の推進方策 |
マウス及びラットの各左右分離型ベルトトレッドミルにおける修繕作業が終了し、安定な稼働が確保されているので、今後は、当初予定していた実験について再開する。特に、歩行における適応・学習には小脳皮質における長期抑圧が関与していることが以前の我々の研究により推測されているが、長期抑圧がこの適応・学習に必要十分であるかどうかについての問いに結論は得られていない。長期抑圧の発現に必要不可欠な、プルキンエ細胞におけるグルタミン酸受容体のエンドサイトーシスを光遺伝学的に阻害することができる遺伝子改変マウスが作製されている(Kakegawa et al., 2018)。そこで、この遺伝子可変マウスを用いて、歩行における適応・学習における長期抑圧の関与について光遺伝学的な小脳領域特異的阻害実験を行う。本研究計画において得られた結果をとりまとめ、成果の発表を行う。
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