• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2011 年度 研究成果報告書

小脳皮質内部モデルにおける情報変換原理の解明

研究課題

  • PDF
研究課題/領域番号 21500319
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 神経科学一般
研究機関財団法人東京都医学総合研究所 (2011)
財団法人東京都医学研究機構 (2009-2010)

研究代表者

筧 慎治  財団法人東京都医学総合研究所, 運動・感覚システム研究分野, 副参事研究員 (40224365)

研究期間 (年度) 2009 – 2011
キーワード小脳 / プルキンエ細胞 / 小脳核 / 脱抑制 / 状態予測 / 内部モデル
研究概要

最も有力な小脳の機能仮説によれば、小脳は進行中の運動の結果を予測する順モデルの座とされる。この仮説では大脳皮質から小脳への入力は、大脳皮質の活動の忠実なコピー、いわゆるefference copyであることが要請される。そこで我々は、平成21, 22年度に手首運動課題を実行している3頭のニホンザルで大脳皮質の出力を小脳に中継する苔状線維の活動を記録分析した。その結果、一次運動野、腹側運動前野の出力を小脳に中継する苔状線維の活動は、各大脳皮質活動の正確なコピーであることが証明され、仮説が支持された。そこで23年度は、1)小脳皮質への苔状線維入力の変換様式、2)その変換様式の意義の2点について検討するため、小脳皮質の出力を担うプルキンエ細胞および小脳の最終出力を担う小脳核細胞の活動を同じ条件下で記録した。その結果、予想に反して運動の実行時に強い抑制応答を示すプルキンエ細胞が約7割を占め、これまで主要とされた興奮性の応答を示すものは3割に満たなかった。この結果から、小脳皮質の主な出力経路とされるa)苔状線維→顆粒細胞→プルキンエ細胞興奮経路よりも、b)苔状線維→顆粒細胞→バスケット細胞→プルキンエ細胞抑制経路が小脳皮質の主出力を担い、小脳の出力生成が脱抑制によって行われることが初めて示された。更に我々はb)の経路を流れる情報の内容を分析し、それが運動の速度に極めて高い相関を示し、60ms後の実際の運動の状態を予測している直接的証拠を得ることに成功した。これにより小脳が順モデルの座であることが確実になった。我々はさらにb), a) 2タイプのプルキンエ細胞と、その入力を受ける小脳核細胞の活動を比較し、2つの出力が小脳核で合流し、その差分が小脳核の出力を規定していることを示した。我々の一連の研究により、小脳への入力から最終出力に至る情報処理のアルゴリズムが世界で初めて明らかになった。

  • 研究成果

    (26件)

すべて 2012 2011 2010 2009 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (18件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] The functional role of the cerebellum in visually guided tracking movement.2012

    • 著者名/発表者名
      Lee J, Kagamihara Y, Tomatsu S, Kakei S.
    • 雑誌名

      Cerebellum

      巻: 11 ページ: 426-433

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Anticipation of future events improves the ability to estimate elapsed time2011

    • 著者名/発表者名
      Tsunoda Y, Kakei S.
    • 雑誌名

      Experimental Brain Research

      巻: 214 ページ: 323-334

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Improving human plateaued motorskill with somatic stimulation2011

    • 著者名/発表者名
      Uehara S, Nambu I, Tomatsu S, Lee J, Kakei S, Naito E
    • 雑誌名

      PLoS One

      巻: 6 ページ: e25670

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ニューロリハビリテーションのための新しい定量的運動指令評価システム2010

    • 著者名/発表者名
      筧慎治,李鍾昊,鏡原康裕
    • 雑誌名

      Brain and Nerve

      巻: 62 ページ: 151-163

  • [雑誌論文] Quantitative evaluation of movement disorders in neurological diseases based on EMG signals.2009

    • 著者名/発表者名
      Lee JH, Kagamihara Y, Kakei S.
    • 雑誌名

      Recent Advances in Biomedical Engineering(In-Tech publishing company)

      ページ: 39-52

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Motor System-What's classic and what's new? II.運動下行路1.一次運動野・皮質脊髄路2009

    • 著者名/発表者名
      筧慎治
    • 雑誌名

      Clinical Neuroscience

      巻: Vol.27 No.7 ページ: 737-741

  • [学会発表] Mechanisms for extraction of f eatures and for generation of precise timing signals in the cerebellar cortex2011

    • 著者名/発表者名
      Kakei S
    • 発表場所
      ピッツバーグ大学医学部,システム神経科学研究所(SNI),認知神経基盤センター(CNBC) Pittsburgh, USA
    • 年月日
      2011-11-18
  • [学会発表] Modulation of simple spike activities of cerebellar Purkinje cells for step-tracking movement of the wrist2011

    • 著者名/発表者名
      Ishikawa T, Tomatsu S, Tsunoda Y, Lee J, Hoffman DS, Strick PL, Kakei S.
    • 学会等名
      Neuroscience 2011(the Society's 41st annual meeting)
    • 発表場所
      Washington D. C., USA
    • 年月日
      2011-11-16
  • [学会発表] Contribution of the cerebellum to the two parallel controllers for tracking movement of the wrist2011

    • 著者名/発表者名
      Lee J, Kagamihara Y, Min K, Ishikawa T, Kakei S
    • 学会等名
      Neuroscience 2011(the Society's 41st annual meeting)
    • 発表場所
      Washington D. C., in America
    • 年月日
      2011-11-15
  • [学会発表] Modulation of simple spike activities of cerebellar Purkinje cells for step-tracking movement of the wrist2011

    • 著者名/発表者名
      Ishikawa T, Tomatsu S, Kakei S.
    • 学会等名
      4th International Symposium, Society for Research on the Cerebellum
    • 発表場所
      東京大学山上会館
    • 年月日
      2011-09-18
  • [学会発表] Functional evaluation of the feedforward and feedback controllers in cerebellar disorders2011

    • 著者名/発表者名
      Kakei S.
    • 学会等名
      4th International Symposium, Society for Research on the Cerebellum
    • 発表場所
      東京大学山上会館
    • 年月日
      2011-09-18
  • [学会発表] Simple spike activities of cerebellar Purkinje cells in voluntary wrist movement2011

    • 著者名/発表者名
      Ishikawa T, Tomatsu S, Tsunoda Y, Lee JH, Kakei S.
    • 学会等名
      Neuro2011
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 年月日
      2011-09-16
  • [学会発表] Evaluation of low-frequency rTMS therapy for post-stroke patients with paretic upper limb based on the two parallel controllers for tracking movement2011

    • 著者名/発表者名
      Lee J, Kodama M、Masakado Y, Kakei S.
    • 学会等名
      Neuro2011(the 34^<st> Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society)
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 年月日
      2011-09-16
  • [学会発表] 手首運動課題中のサル小脳プルキンエ細胞の単純スパイク活動の変化2011

    • 著者名/発表者名
      石川享宏,戸松彩花,角田吉昭,李鍾昊,筧慎治
    • 学会等名
      第5回Motor Control研究会
    • 発表場所
      自然科学研究機構岡崎カンファレンスセンター
    • 年月日
      2011-06-18
  • [学会発表] 神経疾患における予測制御中枢とフィードバック制御中枢の病態評価2011

    • 著者名/発表者名
      筧慎治
    • 学会等名
      電子情報通信学会・身体性情報学研究会
    • 年月日
      2011-03-10
  • [学会発表] 定量的運動指令解析システムを用いた手首運動の機能評価~健常者の利き手-非利き手間における比較~2011

    • 著者名/発表者名
      上間貴史、三浦美香子、武井正枝、児玉三彦、正門由久、李鍾昊、筧慎治
    • 学会等名
      第70回神奈川リハビリテーション研究会
    • 発表場所
      東海大学医学部
    • 年月日
      2011-03-05
  • [学会発表] 大脳小脳連関における小脳皮質の非線形的情報変換の機能的意義2011

    • 著者名/発表者名
      筧慎治
    • 学会等名
      平成22年度生理研研究会「行動制御における脳領域間の機能連関」
    • 年月日
      2011-01-07
  • [学会発表] Identification of two parallel controllers for tracking movement of the wrist2010

    • 著者名/発表者名
      Kakei S, Lee JH, Kagamihara Y.
    • 学会等名
      Neuroscience 2010(the Society's 40th annual meeting)
    • 発表場所
      San Diego
    • 年月日
      2010-11-16
  • [学会発表] Quantitative evaluation of two parallel controllers for tracking movement of the wrist and clinical application2010

    • 著者名/発表者名
      Lee JH, Kagamihara Y and Kakei S.
    • 学会等名
      Neuro2010
    • 発表場所
      神戸コンベンションセンター
    • 年月日
      2010-09-02
  • [学会発表] Identification of feedforward-like and feedback-like controllers for wrist movements in human2010

    • 著者名/発表者名
      Lee JH, Kagamihara Y and Kakei S.
    • 学会等名
      The 4^<th> International Symposium on Measurement, Analysis and Modeling of Human Functions
    • 発表場所
      Prague, Czech Republic
    • 年月日
      2010-06-14
  • [学会発表] 指標追跡運動における2つの並列制御器の分離とその機能の検証2010

    • 著者名/発表者名
      李鍾昊,戸松彩花,筧慎治
    • 学会等名
      第4回Motor Control研究会,自然科学研究機構
    • 発表場所
      岡崎コンファレンスセンター
    • 年月日
      2010-05-28
  • [学会発表] 大脳小脳連関における小脳の機能的意義2010

    • 著者名/発表者名
      筧慎治
    • 学会等名
      第4回生理研Motor Control研究会特別シンポジウム
    • 年月日
      2010-05-28
  • [学会発表] Input-output organization of the cerebellar cortex for wrist motor control2009

    • 著者名/発表者名
      Kakei S, Lee JH, Tomatsu S.
    • 学会等名
      玉川大学グローバルCOE国際シンポジウム. New Perspectives on Neural Mechanisns of Cognition and Action
    • 年月日
      2009-11-14
  • [学会発表] Pontine neurons provide precise copies of cortical motor commands to the cerebellar internal models2009

    • 著者名/発表者名
      Kakei S
    • 学会等名
      Italy-Japan International Seminar "Musculo-skeletal system and computational neuroscience for rehabilitation"
    • 発表場所
      ミラノ工科大学,ミラノ・イタリア
    • 年月日
      2009-06-16
  • [備考]

    • URL

      http://www.igakuken.or.jp/motor-control/

  • [産業財産権] 筋電図信号に基づいた脳内の並列運動制御機能の同定および評価法2010

    • 発明者名
      筧慎治,李鍾昊,鏡原康裕
    • 権利者名
      (財)東京都医学総合研究所
    • 産業財産権番号
      特許、12/674, 709
    • 出願年月日
      2010-09-15
    • 外国

URL: 

公開日: 2013-07-31  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi