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我々は新たな運動スキルを身につけるとき、動作を繰り返し練習することで目的の動作を獲得することができる。新たな運動スキルを柔軟に獲得できる背景には、繰り返しトレーニングを行うことによって神経回路の再構築が起こっている。本研究では、特に運動に直接関わりのある脳部位である一次運動野に焦点を当て、運動学習に伴う神経回路の再構築のメカニズムを明らかにしていく。
先行研究において、サルの運動中の一次運動野の神経活動を直接記録すると、ニューロンは運動する方向に対応して発火パターンを変え、ニューロン毎に発火しやすい方向（至適方向）が存在することが知られている。そして、その至適方向は運動学習のトレーニングを行うことで変化することが明らかとなっている。しかし、変化の仕方はニューロン毎に様々で全体としての振る舞いは不明である。さらにはヒトの一次運動野における至適方向性については明らかになっていない。そこで新しい環境下で運動学習を行わせ、その時の神経活動の変化を調べた。
本年度は、これまでの成果を国際雑誌に投稿するために知見をまとめるとともに、皮質レベルでの変化を検討するため機能的磁気共鳴画像法を用いた研究を進めた。その結果、これまで得られた実験結果に加え、一次運動野を含む皮質脊髄路の全体的な興奮性は運動の準備段階から実行段階に進むにつれて、その至適方向の変調がより明確になる事、そして学習後における文脈に応じた切り替えにおいても皮質脊髄路の興奮性が実行段階に進むにつれて明確に変化していくことが明らかとなった。さらに、運動学習時のパフォーマンスの変化についても新たな解析を行うことで、学習過程がより明確になった。
本研究から明らかになった、トレーニングによる一次運動野を含む皮質脊髄路に生じる活動の変化は、ヒトが新たな運動スキルを身につける時の神経回路の再構築機序を解明する一助となるものと考えられる。
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