運動学習時における大脳皮質内神経回路の信号伝達の特異的変化

运动学习过程中皮质内神经回路信号传输的具体变化

基本信息

批准号：
13041002
负责人：
蔵田潔
金额：
$ 2.5万
依托单位：
Hirosaki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
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

项目摘要

ヒトやサルが行う上肢による到達運動は、シフトプリズムを装着することにより視覚空間座標と運動座標との間に解離が生じても、10-20回の試行で正確に目標に到達することができる。しかもこの運動学習にはプリズムの着脱毎に、極めて高い再現性のあることが確認されている。このような運動学習に大脳皮質運動前野腹側部が重要な役割を果たしていることが明らかにされている。本年度の研究では、この目標点への手到達運動のプリズム適応が運動前野腹側部内およびその周辺の神経ネットワークにおける信号伝達の変化によって達成されるという仮説を立て、運動前野腹側部への出力先である一次運動野から単一ニューロン活動の多点同時記録を行い、データの詳細な解析を行った。運動前野腹側部と一次運動野のいずれにおいても運動関連ニューロンなどのいずれもプリズム適応中に特異的な発火を示すものはほとんどなかった。しかし、ニューロン間の相互相関を解析すると、プリズム適応中に特異的にスパイク後促通および同期発火を示すニューロン対が存在することが明らかとなった。これらは特に運動前野腹側部内の運動関連ニューロン間である場合が多数であった。一部は運動前野腹側部内の運動関連ニューロンとそれ以外のニューロン、および運動前野腹側部と一次運動野の運動関連ニューロン間で認められた。しかし一次運動野内では運動学習特異的なスパイク後促通あるいは同期発火を示すニューロンは少数であった。このことは運動前野腹側部の神経ネットワークにおける特異的なシナプス伝達効率の変化のみならず運動学習中に特異的なニューロン間の同期発火がプリズム適応に関わっていることを示すものと考えられる。本研究の結果は情報変換に関わるニューロン群間の結合性が変化と時間的同期の両方がプリズム適応に重要な役割を果たしていることを示唆する。

当上肢通过人类和猴子到达目标时，即使在视觉空间坐标和运动坐标之间通过附着移位棱镜发生解离，也可以在10-20个试验中准确达到目标。此外，已经证实，每当棱镜被附加和脱离时，这种运动学习具有极高的可重复性。据透露，大脑皮层的腹侧在这种运动学习中起着重要作用。 In this year's study, we hypothesized that prism adaptation of hand-reaching motors to this target point is achieved by changes in signaling in the neural networks within and around the premotor cortex, and we performed a detailed analysis of the data by simultaneously recording multiple points of single neuronal activity from the primary motor cortex, which is the output destination to the premotor cortex ventral region, and conducted detailed analysis of the data.很少有运动相关的神经元在腹侧前皮层或主要运动皮层的棱镜适应过程中表现出特定的发射。然而，分析神经元之间的互相关表明，在棱镜适应过程中，有一些神经元对特别表现出尖刺刺激和同步发射。这些是在许多情况下，尤其是在腹侧前皮层中与运动相关的神经元中。在腹侧前皮层和其他神经元内与运动相关的神经元之间发现了一些，以及腹侧前皮层和原发性运动皮层中与运动相关的神经元。但是，在主要运动皮层中，只有几个神经元显示出运动特定的尖刺刺激或同步性。这可能表明，不仅在运动前皮层的腹侧神经网络中特定的突触传递效率变化，而且在运动学习过程中，神经元之间的特定同步触发与棱镜适应有关。这项研究的结果表明，参与信息转化的神经元组之间的连通性在棱镜适应，变化和时间同步中起着重要作用。