筋シナジーを形成する脳内機構を解明する

阐明形成肌肉协同作用的大脑机制

• 批准号: 20033025
• 负责人: 関 和彦
• 金额: $ 7.1万
• 依托单位: National Center of Neurology and Psychiatry (2009)National Institute for Physiological Sciences (2008)
• 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: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20033025/
• 关键词: 運動制御; 手; 脊髄; 霊長類; 筋シナジー; サル; 随意運動

随意運動制御の神経機構を理解する上で最も困難な問題が、生体の筋骨格系の有する高度冗長自由度である。例えば、ヒトの手の運動には39種類の骨格筋が関わつているが、脳がこの冗長自由度を処理する機構については明らかにされていない。筋シナジーを用いることによって、膨大であった自由度を脳によって制御可能なレベルに減少させているという考え方が有力であるが、筋シナジーを生成する具体的な神経機構については全く明らかにされていない。そこで、本研究では「脊髄神経回路が随意運動時の筋シナジーを生成する基盤である」という仮説を検証する事を目的とした。そのために、特に高度な冗長自由度の制御が必要な把握運動をサル行わせ、1.手指の筋活動、2.脊髄介在神経の活動を同時に記録し、3.介在神経-筋間の結合様式と介在神経の活動様式との関係を主成分分析によって調べることにより、脊髄介在神経が把握運動における筋シナジーの発生にどのように貢献しているのかを検討した。その結果、記録された大半(約80%)の脊髄ニューロンは把握運動の課題依存性変化を示し、脊髄介在ニューロンの筋フィールドは主に手内在筋または手内在筋-手外在筋の中に存在しているとわかった。また、脊髄ニューロンの筋フィールドは平均2.3個から形成されており、本研究において記録されたPreM-INsの多くは興奮性ニューロンであった一方、筋フィールドを持つ抑制性ニューロンは少なかった。今後も同様な神経生理学的実験を行うことによって、これまで知られていなかった脊髄の随意運動への貢献が説明できると思っている。

The most difficult problem in the understanding of the mental mechanism of voluntary movement is the existence of a high degree of freedom in the skeletal system of the organism. For example, 39 kinds of bone and tendon are related to each other. In addition, the degree of freedom of the muscle structure can be reduced, and the muscle structure can be generated. The purpose of this study is to establish the basis for the neural network to move freely. 1. Muscle activity of fingers; 2. Simultaneous recording of muscle activity; 3. Principal component analysis of the relationship between neuromuscular activity and muscle activity; 4. As a result, most of the records (about 80%) show that the problem dependence of the spine on the movement is not obvious, and the spine is not obvious in the tendon inside the hand. In this study, we recorded that PreM-INs had multiple excitatory responses, and the inhibitory responses were reduced. In the future, the contribution of the same physiological activities will be explained.

项目成果

Spinomuscular coherence in monkey performing a precision grip task

猴子执行精确抓握任务时的脊髓肌肉连贯性

• 发表时间: 2008
• 期刊: Journal of Neurophysiology 99
• 作者: Tomohiko Takei;Kazuhiko Seki
• 通讯作者: Kazuhiko Seki

Post-spike effects of spinal interneurons on hand muscles in monkeys performing a precision grip

脊髓中间神经元对进行精确抓握的猴子手部肌肉的后尖峰效应

• 发表时间: 2009
• 作者: Tomohiko Takei;Kazuhiko Seki
• 通讯作者: Kazuhiko Seki

把握運動制御における脊髄介在ニューロンの役割

脊髓中间神经元在抓握运动控制中的作用

• 发表时间: 2009
• 作者: 武井智彦;関和彦
• 通讯作者: 関和彦

A new role of spinal interneuronal networks for controlling volitional movements

脊髓间神经元网络控制意志运动的新作用

• 发表时间: 2009
• 作者: Puig MV;Ushimaru M;Kawaguchi Y;南部篤;Kazuhiko Seki
• 通讯作者: Kazuhiko Seki

随意運動時における脊髄ニユーロンの活動と末梢感覚入力様式の相関

随意运动期间脊髓神经元活动与外周感觉输入模式之间的相关性

• 发表时间: 2008
• 作者: 関和彦;武井智彦
• 通讯作者: 武井智彦