視標追跡運動における視標の予測値と頭部・眼球運動システムの統合と分解の脳内機構

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17022001
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 福島 菊郎 北海道大学, 大学院・医学研究科, 教授 (70091486)
• 研究分担者: クルキン セルゲイ 北海道大学, 大学院・医学研究科, 助手 (00344466)
• キーワード: 両眼視機能 / 視標追跡眼球運動 / 頭部運動 / 霊長類 / 予測値 / 前頭眼野 / 補足眼野 / 小脳

研究概要

視標追跡眼球運動課題を訓練したニホンサルを対象として、1)3次元性の追跡眼球運動信号は大脳皮質のどこで生成されるか、2)前頭眼野の追跡眼球運動ニューロンは、頭部を固定せずアクティブな頭部運動を伴う視標追跡運動時にどのような信号を担うかを調べた。1)3次元性視標追跡をサーチタスクとして前頭眼野、補足眼野、MST野の追跡眼球運動ニューロンについて、それらが前額面のみに応答するか、奥行きのみに応答するか、あるいは両者に応答するかを調べた結果、前頭眼野、補足眼野、MST野では、どちらか一方にのみ応答するニューロンは、それぞれ34%、73%、79%であり、残りの66%、27%、21%が両眼球運動の、主に速度成分に応答した。この結果は3次元性の追跡眼球運動信号の形成は、主に前頭眼野で行われることを示す。2)頭部を固定せず視標と報酬用ジュースの飲み口を同時に同振幅、同位相で水平方向に動かし、視線運動での視標追跡をサーチタスクとして前頭眼野の応答ニューロンを探索し、それらの発射特性ついて、視標とジュースの飲み口を個別に動かし、視線、頭部、眼球運動を乖離させて調べた結果、約1/4は視線運動と眼球運動に応答したが、頭部運動には殆ど応答しなかった。これらは他動的頭部回転による視線運動でも視線速度応答を示したので視線速度信号を担うと結論される。しかし弓状溝底部の大多数(61%)の応答ニューロンは、視線運動と眼球運動に応答しただけでなく、視線運動を伴わない頭部追跡運動にも強く応答した。視線運動中の応答は、眼球運動単独の応答とも、頭部運動中の応答とも、弱いながら優位の相関を示した。視線運動中の応答は、頭部運動中の応答と、眼球運動の応答の線形加算でよく近似できた。大多数のニューロンの発射は頭部追跡運動に先行した。以上の結果は、これらのニューロンが眼球運動指令と頭部運動指令に乖離していない頭部+眼球運動信号を担う可能性を示唆する。

研究成果

• [雑誌論文] Prediction in the timing of pursuit eye movement initiation revealed by cross-axis vestibular-pursuit training in monkeys. (2006)
  • 著者名/発表者名: Tsubuku T
  • 雑誌名: Experimental Brain Res 168 ページ: 427-435
• [雑誌論文] Further evidence for selective difficulty of upward eve pursuit in young monkeys : effects of optokinetic stimulation, static roll tilt, and active head movements. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kasahara S
  • 雑誌名: Experimental Brain Res DOI ページ: DOI10.1007/s00221-005-0278-5
• [雑誌論文] Visual and vergence eye movement related responses of pursuit neurons in the caudal frontal eye fields to motion-in-depth stimuli. (2005)
  • 著者名/発表者名: Akao T
  • 雑誌名: Experimental Brain Res 164 ページ: 92-108
• [雑誌論文] Discharge characteristics of pursuit neurons in MST during vergence eye movements. (2005)
  • 著者名/発表者名: Akao T
  • 雑誌名: Journal of Neurophysiology 93 ページ: 2415-2434
• [雑誌論文] Saccular projections in the human cerebral cortex. (2005)
  • 著者名/発表者名: Miyamaoto T
  • 雑誌名: Ann NY Acad Sci 1039 ページ: 124-131
• [雑誌論文] Role of vestibular signals in the caudal part of the frontal eye fields in pursuit eye movements in three-dimensional space. (2005)
  • 著者名/発表者名: Fukushima K
  • 雑誌名: Ann NY Acad Sci 1039 ページ: 272-282
• [雑誌論文] Voluntary control of saccadic and smooth pursuit eye movements in children with learning disorders. (2005)
  • 著者名/発表者名: Fukushima J
  • 雑誌名: Brain and Development 27 ページ: 579-588