運動学習の成立過程における大脳皮質-大脳基底核連関の可塑的神経機構

运动学习建立过程中大脑皮层-基底节连接的可塑性神经机制

• 批准号: 13041068
• 负责人: 高田 昌彦
• 金额: $ 4.35万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan Organization for Medical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13041068/
• 关键词: 脳機能イメージング; 超音波ドプラー法; 脳血流; 大脳皮質; 補足運動野; 大脳基底核; 運動制御; 運動学習; 超音波ドップラー断層法; 運動領野; サル

本研究では、経脳硬膜超音波ドプラー法を用いて脳の血行動態(血流速度の変化)を直接モニターし、賦活化された領域を解剖学的に同定することにより、神経活動に関連した機能的イメージングを行い、運動課題を実行中のサルから得られた大脳皮質運動関連領野の活動変化を経時的に解析した。実験では、3頭のニホンザルに、手がかり刺激に応じて片手もしくは両手の運動を弁別し、遅延期間後に実際に片手あるいは両手でボタン押しを行うような運動課題を訓練した。脳血流の計測には超音波画像診断装置を使用し、ドプラー音として得られたデータをJTFA(joint time frequency analysis)法により解析した。測定部位は、一次運動野(MI)、補足運動野(SMA)、運動前野背側部(PMd)および腹側部(PMv)で、部位ごとに50回試行の加算を平均し、手がかり刺激提示前の血流速度に対する増加率を算出した。その結果、(1)MIでは、片手課題で運動開始に関連した顕著な血流増加が反対側性にみとめられ、両手課題でも同様の血流増加が両半球でみとめられた。(2)SMAでは、片手課題と両手課題のいずれでも、とくに手がかり刺激と運動開始に関連した血流増加が反対側性、同側性、および両側性にみとめられた。(3)PMdでは、片手課題で遅延期間と運動開始に対応した血流増加が反対側性にみとめられ、両手課題でも同様の血流増加が両半球でみとめられた。(4)PMvでは、片手課題で手がかり刺激と運動開始に対応した血流増加が反対側性にみとめられ、両手課題でも同様の血流増加が両半球でみとめられた。以上の結果は、これまでに報告された電気生理学的所見とよく一致しており、経脳硬膜超音波ドプラー法による脳機能イメージングが有効であることを示している。さらに、ボタン押し課題の学習過程における血流変化を解析した結果、SMAでは、手ががり刺激と運動開始に関連した血流増加率が学習初期に比べて学習成立時にかなり減少していることが明らかになった。また、課題実行中にボタン押し課題を上記の弁別課題から単純な繰り返し課題に変更すると、SMAにおける手がかり刺激や運動開始に関連した血流増加が減少もしくは消失した。これらの結果は、SMAが運動学習の成立過程に深く関与することを示唆している。

This study で は, 経 脳 epidural ultrasound ド プ ラ を ー method with い て 脳 の line dynamic blood (blood flow velocity の variations) を directly モ ニ タ ー し, fu activation さ れ た を anatomy in the field of に with fixed す る こ と に よ り, god 経 に masato even し た functionary イ メ ー ジ ン グ を を い, sports subject be line の サ ル か ら have ら れ た large 脳 cortical motion masato even brought the wild の The に analysis of the activity of を time に た. Be 験 で は, 3 head の ニ ホ ン ザ ル に, hand が か り stimulus に 応 じ て piece hand も し く は の struck hand movement を chemical don't し 遅 extension between に after the event be に piece hand あ る い は struck hands で ボ タ ン detain し を line う よ う な sports training topic を し た. 脳 の blood flow measuring に は を portraits ultrasound diagnosis device using し, ド プ ラ ー sound と し て have ら れ た デ ー タ を JTFA (be time frequency analysis) method に よ り parsing し た. Measurement site は (MI), make up a sports field movement field (SMA), premotor wild back side (PMd) お よ び ventral department (PMv) で, parts ご と に trial is の fifty times average を し, hand が か り の blood flow velocity before stimulation prompts に す seaborne る を rights and rate calculated し た. そ の results, (1) MI で は, piece of hand subject で movement began に masato even し た 顕 blood flow to the な raised が requirement by the laterality seaborne に み と め ら れ, struck hands subject で も with others の rights and blood flow が struck hemisphere で み と め ら れ た. (2) SMA で は, piece of hand subject と struck hands subject の い ず れ で も, と く に hand が か り stimulus と movement began に masato even し た raised が requirement by blood flow reverse side, on the same side, seaborne お よ び struck laterality に み と め ら れ た. (3) the PMd で は, piece of hand subject で 遅 delay between と movement began に 応 seaborne し た blood flow raised が requirement by the laterality seaborne に み と め ら れ, struck hands subject で も with others in blood flow to の rights and が struck hemisphere で み と め ら れ た. (4) the PMv で は, piece of hand subject で hand が か り stimulus と movement began に 応 seaborne し た blood flow raised が requirement by the laterality seaborne に み と め ら れ, struck hands subject で も with others in blood flow to の rights and が struck hemisphere で み と め ら れ た. Above の results は, こ れ ま で に report さ れ た electric 気 physiology can see と よ く consistent し て お り, 経 脳 epidural ultrasound ド プ ラ ー method に よ る 脳 function イ メ ー ジ ン グ が have sharper で あ る こ と を shown し て い る. さ ら に, ボ タ ン detain の し subject learning process に お け る - blood flow change を parsing し た results, SMA で は, hand が が り stimulus と movement began に masato even し た rights and blood flow rate が に early learning than べ て learning founded に か な り reduce し て い る こ と が Ming ら か に な っ た. Be ま た, subject line に ボ タ ン detain を し subject written の chemical don't subject か ら 単 pure な Qiao り return に し subject - more す る と, SMA に お け る hand が か り stimulus や movement began に masato even し た rights and が reduce blood flow も し く は disappear し た. The <s:1> れら <s:1> result <e:1> and the process of SMAが motor learning <e:1> establishment are に deeply く related and する とを とを とを hints at て て る る.

项目成果

Nambu A: "Functional significance of the cortico-subthalamo-pallidal "hyperdirect" pathway."Neurosci Res. (印刷中).

Nambu A：“皮质-下丘脑-苍白球“超直接”通路的功能意义。”神经科学研究（正在出版）。

Kitano K: "Two-state membrane potential transitions of striatal spiny neurons as evidenced by numerical simulations and electrophysiological recordings in awake monkeys"J Neurosci. (印刷中).

Kitano K：“清醒猴子的数值模拟和电生理记录证明了纹状体多棘神经元的两种状态膜电位转换”J Neurosci（正在出版）。

Fujiwara-Tsukamoto Y, Isomura Y, Nambu A, Takada M: "Excitatory GABA input directly drives seizure-like rhythmic synchronization in mature hippocampal CA1 pyramidal cells"Neuroscience. (発表予定).

Fujiwara-Tsukamoto Y、Isomura Y、Nambu A、Takada M：“兴奋性 GABA 输入直接驱动成熟海马 CA1 锥体细胞中的癫痫样节律同步”神经科学（待发表）。

Isomura Y, Fujiwara-Tsukamoto Y, Imanishi M, Nambu A, Takada M: "Distance-dependent Ni^<2+>-sensitivity of synaptic plasticity in apical dendrites of hippocampal CA1 pyramidal cells"J Neurophysiol. 87. 1169-1174 (2002)

Isomura Y、Fujiwara-Tsukamoto Y、Imanishi M、Nambu A、Takada M：“海马 CA1 锥体细胞顶端树突突触可塑性的距离依赖性 Ni^2-敏感性”J Neurophysiol。

Takada M: "Protection against nigrostriatal dopamine cell death by pedunculopontine tegmental nucleus lesions"The Basal Ganglia VII. (印刷中).

Takada M：“脚桥被盖核损伤对黑质纹状体多巴胺细胞死亡的保护”基底神经节 VII（正在出版）。