2014 Fiscal Year Research-status Report
空間表現に基づく身体運動の統一的計算論的モデルと運動野ネットワーク神経活動の解明
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25430007
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
田中 宏和 北陸先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科, 准教授 (00332320)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 計算論的神経科学 / 第一次運動野 / 前頭頭頂運動ネットワーク / 神経活動 / 視覚運動変換 / 到達運動 / 運動適応 / 計算論モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
H25年度には、従来の関節角表現ではなく身体の空間ベクトル表現に基づくニュートン・オイラー力学により第一次運動野（M1）が視覚運動変換を行っているという計算論モデルを提案した。M1神経活動がニュートン・オイラー力学のベクトル外積を表現してると仮定すると、既知のM1神経活動における多様な性質（コサインチューニング・最適運動方向の非一様分布・初期姿勢依存性・複数座標系の混在）を統一的に示した。このモデルを拡張し、H26年度はヒト運動適応のモデル化を行った。運動適応には身体の視覚情報を操作するキネマティクス適応と身体の力学を操作するダイナミクス適応が知られており、相互の干渉や運動汎化の心理実験から異なる神経基盤に基づくと一般に考えられている。運動野の情報表現としてベクトル外積を提案した先行研究を拡張し、ベクトル外積を基底とする視覚運動変換モデルを提案した。ヒト心理実験結果からキネマティクス適応である視覚回転適応は外部座標系、ダイナミクス適応である外力場適応は身体座標系で汎化することが知られているが、両方の結果をベクトル外積の基底で説明することができた。これは二種の運動適応を統一的に記述する初めてのモデルである。加えて、上記で提案したベクトル外積が頭頂葉・前頭葉運動ネットワークでどのように計算されているかに関して計算論モデルを提案した。頭頂葉到達運動領域(PRR)で目標物の視覚情報が処理され、前頭葉運動前野で各体部位の位置情報が計算され、それらを用いて第一次運動野で力学の計算に必要なベクトル外積が計算される。運動野での運動指令を受けて頭頂葉5野では身体状態の予測を行う内部順モデル計算を行う。このモデルは電気生理実験で知られている神経活動を概してうまく説明できる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
H26年度では、ヒト到達運動における視覚運動変換と運動適応のモデル化ではキネマティクスとダイナミクスの運動適応を一つの計算論的枠組みで説明することに成功し、学術論文として発表することができた。これは平成26年度研究実施計画で記述した心理物理実験結果からの計算論モデルの検証である。また、第一次運動野の計算論的モデルを拡張し、頭頂野での目的指向表現・運動前野での身体座標系表現・第一次運動野でのベクトル外積表現を提案し、既知の神経活動と比較を行いモデルの妥当性を検証した。これらの結果から本研究は当初の計画以上に進展しており、第一次運動野を含む前頭頭頂運動ネットワークを理解する正しい方向に進んでいると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
計算論モデルで提案する視覚運動変換が脳の運動関連部位（前頭葉・頭頂葉・小脳）とどのように対応付けられるかを既知の神経生理実験結果から詳細な検証を行う。今後は、提案した前頭葉・頭頂葉・小脳を含む運動野ネットワークの統一的計算モデルに関して、電気生理実験で検証できる形で数値シミュレーションを行うことを計画している。計算論モデルと神経活動の比較を通して各運動関連部位がどのような計算論的役割を担っているかを解明することを目標とする。特に身体の予測モデルである順モデル計算が頭頂葉5野と小脳でどのように行われているかを詳細に検討する。既知の神経活動との比較に加えて、神経生理学者との議論を通じて計算論モデルを積極的に検証する実験の提案も予定している。
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| Causes of Carryover |
既存の研究設備と研究資料により研究を推進し、予定使用額以下でも十分な研究が遂行できたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
【旅費】運動野視覚運動変換モデルに関する研究成果を発表するための研究会や国際会議参加、またモデル構築の研究討論のための経費として使用する。【物品費】視覚運動変換モデル研究のための資料やソフトウェアを購入する。【その他】論文投稿料や学会登録費として使用する。
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