運動の学習に伴う脳内誤差信号の情報表現の変容とそれを基盤とした学習指導方法の開発

大脑中与运动学习相关的错误信号信息表征的变化以及基于这种变化的学习指导方法的发展

• 批准号: 21H03339
• 负责人: 柳原 大
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H03339/
• 关键词: 歩行; 適応; 小脳; 肢間協調; 脊髄小脳変性症; スプリットベルトトレッドミル; 運動学習; 下オリーブ核; マウス; ラット; 登上線維; 誤差情報

本研究では、左右分離型ベルトトレッドミルにおける歩行運動の適応において、小脳皮質プルキンエ細胞への下オリーブ核－登上線維系による誤差信号の時空間的な情報表現について、統計的機械学習技術を適用し、運動学的データにおける潜在的な説明変数を抽出し、被説明変数としての登上線維系がプルキンエ細胞に伝送する信号の活動パターンとの関係性について定量的に明らかにすることを目標としている。新たに開発したマウス用の左右分離型ベルトトレッドミルを用いて、マウスの4足歩行時に左右のベルト速度を同一にしたtied-belt条件と左右で異なるベルト速度のsplit-belt条件での四肢の歩容解析を深層学習技術を適用して行った。その結果、マウスの4足歩行時において、tied-belt条件からsplit-belt条件へ移行した際の左右における肢間協調は前肢と後肢とでは質的に大きく異なり、特に、左右の前肢間における時間的協調について適応・学習の動態が明らかにされた。ラット用左右分離型ベルトトレッドミルを用いて、ラットの後肢2足歩行時に、左右のベルト速度を同一にしたtied-belt条件から左右で異なるベルト速度のsplit-belt条件へ移行した際の運動学的特徴について3次元モーションキャプチャシステムを用いて解析した。それらの結果として、ヒト及びネコなどを用いた先行研究で報告されているsplit-belt条件での即時的な適応がラットの後肢2足歩行においても観察された。後肢の関節仰角について特異値分解による運動学シナジー解析の結果、脚軸の回転運動に対応する第一時間協調においては、split-belt条件におけるベルト速度の速い側と遅い側とでそれらのピークタイミングを変化させ、脚軸の伸縮運動に対応する第二時間協調や空間協調については、ベルト速度の速い側の肢に特徴的な変化が観察された。

In this study, the application of statistical machine learning techniques and the potential explanation of kinematics techniques in the temporal and spatial information representation of error signals in the maintenance of left-right and left-right separation type of walking motion were extracted. The number of lines to be described maintains the activity of the signal in the cell and the relationship between the number of lines to be described and the purpose of the signal The deep learning technology is applicable to the analysis of the four limbs 'movement speed under the same tied-belt condition and different left and right split-belt condition. The result is that the four legs of the body are moving in time, tied-belt condition, split-belt condition, left and right limb coordination, front limb coordination, rear limb coordination, and right and left limb coordination. The kinematic characteristics of the split belt condition are analyzed in three dimensions. The split belt condition is different from the split belt condition. The results of this study were reported in the split-belt condition, and the results were observed in the hindlimb 2-foot walk. The results of kinematic analysis of the joint elevation of the hind limb, the first time coordination, split-belt condition, the speed side and the middle side of the joint elevation, the second time coordination, the spatial coordination, the speed side and the middle side of the joint elevation, the second time coordination, the speed side and the middle side of the joint elevation, the joint elevation, the joint elevation

项目成果

転倒に関わる神経機構：主としてモデル動物の知見から

跌倒涉及的神经机制：主要基于模型动物的研究结果

• 发表时间: 2022
• 作者: 結城笙子;櫻井芳雄;柳原 大;柳原 大
• 通讯作者: 柳原 大

予測的姿勢制御における小脳虫部の役割―ラットにおける実験課題の構築と数理シミュレーション―

小脑蚓部在预期姿势控制中的作用 - 大鼠实验任务和数学模拟的构建 -

• 发表时间: 2022
• 作者: 鴻巣暁;舩戸徹郎;松木勇磨;酒井隆太郎;柳原大
• 通讯作者: 柳原大

Drexel University(米国)

德雷塞尔大学（美国）

ラットの歩行運動制御系の解明のための筋骨格モデルの構築

构建肌肉骨骼模型来阐明大鼠运动控制系统

• 发表时间: 2022
• 作者: Juan F.R. Archilla;Janis Bajars;Yusuke Doi;Masayuki Kimura;遠藤 啓輔，酒井 隆太郎，柳原 大，舩戸 徹郎
• 通讯作者: 遠藤 啓輔，酒井 隆太郎，柳原 大，舩戸 徹郎

職業性局所性ジストニア発症原理に関する神経数理モデルシミュレーション

职业性局灶性肌张力障碍发病原理的神经数学模型模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: 鴻巣 暁;舩戸 徹郎;松木 勇磨;酒井 隆太郎;柳原 大;遠藤 啓輔，酒井 隆太郎，柳原 大，舩戸 徹郎;村松 海渡，結城 笙子，郡 宏，柳原 大
• 通讯作者: 村松 海渡，結城 笙子，郡 宏，柳原 大