Neural basis underlying inter-limb coordination

四肢间协调的神经基础

• 批准号: 20J21594
• 负责人: 加藤 辰弥
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J21594/
• 关键词: 上肢ー下肢協調; 経頭蓋磁気刺激; 体性感覚誘発電位; 求心性抑制; 上下肢; 神経筋電気刺激

本研究は、運動に不可欠な要素である上肢と下肢の協調について、その神経基盤の解明を目的とした。前年度までの研究により、上肢の運動中に安静時の下肢の感覚運動制御を司る脊髄反射路(Kato et al., 2019)・皮質脊髄路(Kato et al., 2022)・体性感覚情報処理(Kato et al., 2022)・感覚運動統合(Kato et al., 2023)が変調することが明らかとなった。これらは、上-下肢協調のために上肢と下肢間で運動に伴う神経相互作用がなされていることを示唆する。しかし、これらの研究結果は上肢と下肢を実際に協調させている際の神経活動ではない。そこで本年度は、前年度に作成した上肢と下肢を協調させる運動課題を用いて、実際の上-下肢協調運動中の脳活動に迫った。参加者は、右手関節屈曲と右足関節背屈で画面上のカーソルを制御し、白線に沿って動くターゲットの円の中にできるだけカーソルを入れ続けることが求められた。課題成績はカーソルとターゲットの間の距離をエラーとして評価した。課題の序盤はエラーが多かったものの、徐々に減少し、課題終盤ではエラーの減少はあまりみられなかった。この課題中に脳波を計測し、課題成績との相関を調べたところ、序盤に対側感覚運動野のθ帯(4-8 Hz)のパワースペクトル密度が高い人ほど課題の学習スピードが速いことが明らかとなった。したがって、対側感覚運動野のθ帯のパワーが上-下肢協調能力の獲得に重要な役割を果たすことが示唆された。非侵襲的脳刺激法を用いて学習中の対側感覚運動野のθ帯のパワーを高めれば、上-下肢協調能力のトレーニングやリハビリテーションを補助できる可能性があることが明らかとなった。

这项研究旨在阐明上肢和下肢之间协调的神经基础，这是运动的基本要素。直到上一年的研究表明，脊柱反射道（Kato等，2019），皮质脊髓道（Kato等，2022），体感信息处理（Kato等，2022）和Sensorimotor集成（Kato等人（Kato等，2023）），该组织在plysorimimotor Contressormotor Contresement of Sensorimotor contormotor contresements ofsormbosmotor conmotement。这些表明，由于上肢和下肢的配位，上肢和下肢之间发生了与运动相关的神经相互作用。但是，当上肢和下肢实际上是协调时，这些发现不是神经活动。因此，今年，我们使用上一年创建的电动机任务来协调上肢和下肢，以仔细观察实际的上和下肢协调期间的大脑活动。要求参与者以右腕部屈曲和右脚踝背屈在屏幕上控制光标，并继续将光标尽可能地放置在沿着白线移动的目标圆中。将任务性能评估为光标和目标之间的距离。尽管任务开始时有很多错误，但错误逐渐减少，并且在任务结束时错误几乎没有下降。在此任务中，我们测量了脑电图并检查了与任务性能的相关性，并且在一开始就揭示了在对侧感觉运动区域的θ频段（4-8 Hz）中具有较高功率谱密度的人将学习更快的任务学习。因此，有人提出，对侧感觉运动区域中θ带的功率在获得高低肢体配位能力中起着重要作用。已经揭示了使用非侵入性脑刺激在学习过程中增加θ频带在对侧感觉运动区域中的功率可能有助于训练和恢复高低的肢体配位能力。

项目成果

体性感覚誘発電位と運動皮質内求心性抑制を指標とした上-下肢間感覚運動統合

使用体感诱发电位和运动皮层传入抑制进行上下肢感觉运动整合

• 发表时间: 2021
• 作者: 加藤辰弥;佐々木睦;中澤公孝
• 通讯作者: 中澤公孝

Modulation of auditory cortical response to self-generated sound by walking during split-belt treadmill adaptation

在分带式跑步机适应过程中行走对听觉皮层对自生声音的反应的调节

• 发表时间: 2022
• 作者: Nozomi Endo;Tatsuya Kato;Naotsugu Kaneko;Tetsuya Ogawa;Katsumi Watanabe;Kimitaka Nakazawa
• 通讯作者: Kimitaka Nakazawa

Short- and long-latency afferent inhibition in the motor cortex and spinal cord by peripheral somatosensory stimulation in the lower limb

下肢周围体感刺激对运动皮层和脊髓的短潜伏期和长潜伏期传入抑制

• 发表时间: 2022
• 作者: Kato Tatsuya;Sasaki Atsuhi;Nakazawa Kimitaka
• 通讯作者: Nakazawa Kimitaka

Task- and Intensity-Dependent Modulation of Arm-Trunk Neural Interactions in the Corticospinal Pathway in Humans

人类皮质脊髓通路中手臂-躯干神经相互作用的任务和强度依赖性调节

• DOI: 10.1523/eneuro.0111-21.2021
• 发表时间: 2021
• 期刊: eNeuro
• 影响因子: 3.4
• 作者: Sasaki Atsushi;Kaneko Naotsugu;Masugi Yohei;Kato Tatsuya;Milosevic Matija;Nakazawa Kimitaka
• 通讯作者: Nakazawa Kimitaka

Changes of excitability of lower-limb corticospinal and somatosensory area during voluntary and involuntary contraction of the upper-limb

上肢随意和不随意收缩时下肢皮质脊髓和体感区兴奋性的变化

• 发表时间: 2020
• 作者: Tatsuya Kato;Naotsugu Kaneko;Akiko Yamaguchi;Kimitaka Nakazawa
• 通讯作者: Kimitaka Nakazawa