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多次元生体信号記録法による手触りの神経機構の解明

公募研究

研究領域質感認知の脳神経メカニズムと高度質感情報処理技術の融合的研究
研究課題/領域番号 25135733
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関生理学研究所

研究代表者

西村 幸男  生理学研究所, システム脳科学研究領域, 准教授(兼任) (20390693)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
19,630千円 (直接経費: 15,100千円、間接経費: 4,530千円)
2014年度: 10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円)
2013年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
キーワード手触り / 大脳皮質 / 体性感覚 / 多次元生体信号 / DRG
研究実績の概要

本研究は、物体の形態や材質を推定し、如何なる感覚受容器・脳領域が推定に貢献しているのかを明らかにすることによって、触覚の質感認知機序の理解をすることを目的とした。そのために、2頭のマカクサルから末梢体性感覚ニューロン群、広域大脳皮質活動、筋活動、上肢の運動軌跡を同時に記録し、物体は把持中の手の運動に対する感覚受容器・脳領域の貢献度をスパース直線回帰法により検討した。
その結果、自分の意思で物体を把持する随意運動であっても、手の筋活動の30%は末梢感覚ニューロン由来の脊髄反射で生成され、残りの70%は大脳皮質からの脊髄運動ニューロンへの下行性入力により生成されていることが分かった。
末梢感覚ニューロンの投射先である体性感覚野の活動の起源を解明する目的で、体性感感覚野活動を末梢感覚ニューロンと他の大脳皮質領野の活動から説明することを試みた。その結果、自分の意思で物体を把持する随意運動中の体性感覚野の活動は、末梢感覚ニューロンと体性感覚野ニューロンによって生成されていることが明らかになった。一方で、体性感覚野の活動は、驚いたことに物体に接触するずっと前に活動し、手の運動、筋活動更には体性感覚ニューロンの活動ニューロンよりも早い時間で活動が観られ、運動を生成する運動野の活動とほぼ同じ時間に活動が開始していた。この体性感覚入力がない時間に活動を開始する体性感覚野の活動は、運動野活動により推定できることが分かった。また、この先行する体性感覚野の活動は、麻酔下で他動的に物体を把持する時と同じように手の運動をさせたときにには消失した。この結果は、これまで物体の触覚を知覚する体性感覚野には物体に接触する前に、あらかじめ次に起こる予測される体性感覚入力情報が大脳皮質運動野から入っていることが明らかになった。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて 2015 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (18件) (うち招待講演 6件)

  • [雑誌論文] Proprioceptive information coded by populational sensory afferents2014

    • 著者名/発表者名
      Umeda T, Isa T and Nishimura Y.
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Fitness and Sports Medicine

      巻: 3 号: 5 ページ: 477-482

    • DOI

      10.7600/jpfsm.3.477

    • NAID

      130004715572

    • ISSN
      2186-8123, 2186-8131
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Reconstruction of intracortical whisker-evoked local field potential from electrocorticogram using a model trained for spontaneous activity in the rat barrel cortex.2014

    • 著者名/発表者名
      Watanabe H, Sakatani T, Suzuki T, Sato MA, Nishimura Y, Nambu A, Kawato M, Isa T.
    • 雑誌名

      Neurosci Res.

      巻: 87 ページ: 40-48

    • DOI

      10.1016/j.neures.2014.06.010

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Decoding of the spike timing of primary afferents during voluntary arm movements in monkeys.2014

    • 著者名/発表者名
      Umeda T, Watanabe H, Sato MA, Kawato M, Isa T, Nishimura Y
    • 雑誌名

      Frontiers in Neuroscience

      巻: なし ページ: 97-97

    • DOI

      10.3389/fnins.2014.00097

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Decoding grasp force profile from electrocorticography signals in non-human primate sensorimotor cortex.2014

    • 著者名/発表者名
      Chen, C., Shin, D., Watanabe, H., Nakanishi, Y., Kambara, H., Yoshimura, N., Nambu, A. and Isa, T., Nishimura, Y. & Koike, Y.
    • 雑誌名

      Neurosci Res

      巻: S0168-0102(14). ページ: 00047-9

    • DOI

      10.1016/j.neures.2014.03.010

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Plasticity for recovery after partial spinal cord injury-Hierarchical organization-2014

    • 著者名/発表者名
      Isa, T. and Nishimura, Y.
    • 雑誌名

      Neuroscience Research

      巻: 78 ページ: 3-8

    • DOI

      10.1016/j.neures.2013.10.008

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Prediction of hand trajectory from electrocorticography signals in primary motor cortex.2013

    • 著者名/発表者名
      Chen, D., Shin, D., Watanabe, H., Nakanishi, Y., Kambara, H., Yoshimura, N., Nambu, A., Isa, T., Nishimura, Y. and Koike, Y.
    • 雑誌名

      PLos One

      巻: 8 号: 12 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0083534

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spike-Timing-Dependent Plasticity in Primate Corticospinal Connections Induced during Free Behavior.2013

    • 著者名/発表者名
      Nishimura Y, Perlmutter SI, Eaton RW, Fetz EE
    • 雑誌名

      Neuron

      巻: 80 号: 5 ページ: 1301-1309

    • DOI

      10.1016/j.neuron.2013.08.028

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Restoration of upper limb movement via artificial corticospinal and musculospinal connections in a monkey with spinal cord injury.2013

    • 著者名/発表者名
      Nishimura Y, Perlmutter SI, Fetz EE.
    • 雑誌名

      Frontiers Neural Circuits

      巻: 7 ページ: 57-57

    • DOI

      10.3389/fncir.2013.00057

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 硬膜下電位からのサル捕食運動中の状態判別とロボットアーム動作決定2013

    • 著者名/発表者名
      佐藤圭太, 森下壮一郎, 渡辺秀典, 西村幸男, 加藤龍, 伊佐正, 横井浩史
    • 雑誌名

      日本ロボット学会誌

      巻: 31 号: 1 ページ: 51-59

    • DOI

      10.7210/jrsj.31.51

    • NAID

      10031143636

    • ISSN
      0289-1824, 1884-7145
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 損傷した神経経路を神経インターフェイスで再結合させる2015

    • 著者名/発表者名
      西村幸男
    • 学会等名
      STROKE2015
    • 発表場所
      リーガルロイヤルホテル広島(広島県広島市)
    • 年月日
      2015-03-25
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 機能回復に必要な中脳辺緑系2015

    • 著者名/発表者名
      西村幸男
    • 学会等名
      第92回日本生理学会大会
    • 発表場所
      神戸国際会議場(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2015-03-24
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 人工神経接続による脊髄損傷患者に対する随意歩行機能再建2014

    • 著者名/発表者名
      西村幸男
    • 学会等名
      第44回日本臨床神経生理学会学術大会
    • 発表場所
      福岡国際会議場(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2014-11-21
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] サル頸髄硬膜下電気刺激による誘発運動の体部位局在性2014

    • 著者名/発表者名
      加藤健治、西村幸男
    • 学会等名
      第37回日本神経科学大会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2014-09-11
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Brain Computer Interfaceによる人工神経接続2014

    • 著者名/発表者名
      西村幸男
    • 学会等名
      第15回日本電気生理運動学会大会(JSEK2014)
    • 発表場所
      横浜国立大学(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2014-09-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 一次運動野の皮質脳波を用いた腕軌道のデコーディング

    • 著者名/発表者名
      陳 超,辛 徳,中西 康彦,神原 裕行,吉村 奈津江,渡辺 秀典,南部 篤,伊佐 正,西村 幸男,小池 康晴
    • 学会等名
      第36回日本神経科学大会
    • 発表場所
      京都国際会館(京都)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] サル到達把持運動における皮質表面電位と皮質内局所電位の上肢運動・筋電位の推定精度の比較

    • 著者名/発表者名
      渡辺 秀典,佐藤 雅昭,南部 篤,西村 幸男,川人 光男,伊佐 正
    • 学会等名
      第36回日本神経科学大会
    • 発表場所
      京都国際会館(京都)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 随意運動中の抹消感覚神経集団による運動キネマティクス情報の表現

    • 著者名/発表者名
      梅田達也、佐藤雅昭、川人光男、伊佐正、西村幸男
    • 学会等名
      第36回日本神経科学大会
    • 発表場所
      京都国際会館(京都)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] サルの皮質脳波から推定した筋電信号を用いた腕の角度の推定

    • 著者名/発表者名
      辛 徳,中西 康彦,陳 超,神原 裕行,吉村 奈津江,渡辺 秀典,南部 篤,伊佐 正,西村 幸男,小池 康晴
    • 学会等名
      第36回日本神経科学大会
    • 発表場所
      京都国際会館(京都)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 脳-筋肉間の人工神経接続による脳梗塞モデルサルの手の運動機能再建

    • 著者名/発表者名
      加藤健治、澤田真寛、西村幸男
    • 学会等名
      第36回日本神経科学大会
    • 発表場所
      京都国際会館(京都)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Estimation of Firing of Primary Afferents from Joint Kinematics During Voluntary Arm Movements of Monkeys.

    • 著者名/発表者名
      Umeda Tatsuya, Sato Masa-aki, Kawato Mitsuo, Isa Tadashi, Nishimura Yukio
    • 学会等名
      第35回国際IEEE大会
    • 発表場所
      大阪国際会議場(大阪)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Potentials of activity dependent stimulation during free behavior.

    • 著者名/発表者名
      西村幸男
    • 学会等名
      第7回Motor Control研究会
    • 発表場所
      東京大学(東京)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 脊髄損傷からの機能回復戦略~神経メカニズムからSpinal Computer Interface~

    • 著者名/発表者名
      西村幸男
    • 学会等名
      第77回未来医療セミナー
    • 発表場所
      大阪大学(大阪)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 人工神経接続による随意運動機能の再建

    • 著者名/発表者名
      西村幸男
    • 学会等名
      日本神経外科学会第72回学術総会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Restoring volitional control through artificial neural connection.

    • 著者名/発表者名
      Yukio Nisimura
    • 学会等名
      1st Joint CU-NIPS Symposium
    • 発表場所
      Chulalongkor University(Thailand)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 大脳皮質ー筋間の人工神経接続による麻痺手の随意制御の再建

    • 著者名/発表者名
      加藤健治、澤田真寛、西村幸男
    • 学会等名
      第60回中部日本生理学会
    • 発表場所
      岐阜大学(岐阜)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Rapid adaptation to brain-controlled functional electrical stimulation of paretic muscle in stroke monkeys

    • 著者名/発表者名
      K.Kato, M.Sawada, Y.Nishimura
    • 学会等名
      Neuroscience2013
    • 発表場所
      サンディエゴ国際会議場(USA)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 脳脊髄のつながりを人工的に強化する

    • 著者名/発表者名
      西村幸男
    • 学会等名
      第20320回理学療法士講習会
    • 発表場所
      富山県パレブラン高志会館(富山)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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