小脳皮質・運動関連領域における内部モデル動作原理の研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15016008
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 筧 慎治 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 助教授 (40224365)
• Keywords: 小脳 / 運動野 / 内部モデル / 順モデル / プルキンエ細胞 / 苔状線維 / 座標系 / サル

Research Abstract

本研究は目標到達運動が本質的に持つ座標系依存性に独自の座標系分析法を適用し、小脳内部モデルの情報構造を座標系という観点から抽出する点に特色がある。更に、小脳皮質の2つめ運動関連領域の内部モデルに共通する情報構造から、広範な高次脳機能に重要な役割を果たす小脳内部モデルの基本動作を推定する戦力も独創的である。小脳内部モデルは基本的に前向き情報変換なので、入出力でニューロン活動の座標系を押さえれば情報処理のアルゴリズムを座標変換として推定できる。実験は、サルの訓練、脳深部からのニューロン記録等、技術的な困難度が極めて高く、その準備に時間がかかったが、15年度後半になり小脳皮質の苔状線維およびプルキンエ細胞から課題関連ニューロン活動を記録することに成功し、運動野の内部モデルの入出力関係を捉えた。この結果によると、運動野とループを形成する小脳皮質に筋肉座標系による運動指令が苔状線維により入力され、小脳皮質の中で空間座標系における運動方向の情報に変換されてプルキンエ細胞から出力されることが明らかになった。この「内部モデル」では、運動指令の入力に対して、その結果生じる運動の方向が出力されるので、いわゆる「順モデル」に相当する計算が行われていることを強く示唆する。この結果は、世界で初めて小脳に「順モデル」が存在することを示したものであり、本研究の実験系が小脳内部モデルにおける情報処理様式を解析するために極めて有効であることを実証するものである。

Research Products

• [Publications] S.Kakei, DS Hoffman, PL Strick: "Sensorimotor transformations in cortical motor areas."Neuroscience Research. 46. 1-10 (2003)
• [Publications] Y.Sugiuch, S.Kakei, Y.Izawa, Y.Shinoda: "Functional Synergies of neck muscles determined by branching patterns of single long descending motor tract axons."Progress in Brain Research. 143. 403-413 (2003)
• [Publications] 飯島敏夫, 筧 慎治, 広瀬秀顕: "超高速光イメージングが明らかする運動野における神経集団活動の動的変化"脳の科学. 25. 61-70 (2003)