大脳皮質運動野における力のコーディングと内部座標系

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本研究は,内部座標系において力の方向をコードするニューロンの発火特性が,腕の配位の変化に応じてどのように変化するかを理論的に考察したものである.第一次運動野のニューロンが示す力の方向に対する選択性は,コサイン関数的なチューニング関数で近似的に記述されることが多い.その場合,チューニング関数が最大となる方向は,そのニューロンの最適方向(preferred direction)であると解釈される.個々のニューロンの発火頻度は,力の方向とそのニューロンの最適方向の差の関数であるから,腕の配位が変化するということは,結局このチューニング関数の位相が変化するということと同じである.ここでチューニング関数の位相は,上述の腕の内部座標系を用いて表現されている.したがって,腕の配位がどれだけ変化したときに,個々のニューロンの発火頻度がどれだけ変化するかが求められるようになった.ところで,関節中心座標系は関節毎にポピュレーションを定義するもので,複雑な筋肉の配位を考慮していない.したがって,このポピュレーションは複数の筋肉を関節毎にまとめたものであり,一部重複していると考えなければ現実的でない.最近,Scott et al.(1997)は異なる腕の配位で,第一次運動野・運動前野・5野のニューロンの発火頻度が変化することを報告している.彼らの実験データからは内部座標系を特定することはできていないが,関節中心座標系を仮定した場合はどのようなデータが得られるかということをシミュレーションによって示し,比較検討することは意味がある.その結果,(いくつかの簡単化のための仮定の上であるが)彼らの実験結果とよく似た結果が得られている.このシミュレーション・モデルには,個々のニューロンの発火特性の統計的ばらつきが考慮されており,実験データに非常に近いシミュレーション・データが得られる.