眼球運動を例とした小脳運動学習の神経回路モデルに関する生理工学的研究

以眼动为例的小脑运动学习神经回路模型的生理工程研究

• 批准号: 13210129
• 负责人: 平田 豊
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Chubu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (C)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13210129/
• 关键词: 小脳; システム同定; 前庭動眼反射; プルキンエ細胞; サル; 運動学習; 視運動性眼球運動; モデル

頭部運動時に生じる網膜上の視覚画像の"ずれ"を補償する前庭動眼反射(VOR)は,成長や老化等に伴う効果器(眼球筋系)の特性変化や左右逆転プリズム等により実験的に作り出される前庭-視覚情報の競合に対し,コントローラーの特性を適応的に変化させる適応制御系として捕えられる。霊長類では,小脳"flocculus(FL)を破壊するとVORの適応が生じなくなることから,FLがこの適応に深く関与しているものと考えられる。これまで,Ito(1982)は長期抑制(LTD)を基礎過程としたVOR適応の学習メカニズムを提案した(Flocculus Hypothesis)。しかしながら,VORに関わる神経回路網はマルチモーダルな感覚情報(前庭,視覚,efference copy信号)を統合し運動司令を生成する並列・多段の情報処理過程からなるフィードバック制御系であり,VOR適応におけるFLの役割や記憶の座を特定することは容易ではない。その結果,FL Hypothesisに反する結果も提出されている。本研究では,こうしたVOR適応における小脳の役割を,制御・情報論的観点から明らかにすることを目的とした。まず、生理・解剖学的知見を忠実=反映させたVORシステムの数理モデルを定式化し、システム同定理論に基づきVOR適応の座を特定するための生理実験をデザインした。この実験はサルのVOR適応の前・中・後に視覚-前庭競合刺激中の小脳FL Purkinje細胞の応答を記録するものである。次にこの実験を実施し,VORゲイン0.4から1.5の範囲で53個のPurkinje細胞の応答を記録した(実験は海外共同研究者(S.M.Highstein Washington Univ. School of Med.)のもとで実施した)。このデータに考案したシステム同定手法を適用した結果、VOR適応が小脳FLを含むサブシステムと含まないサブシステム(前庭神経核)の2箇所で生じていることが示された。また、後者の変化はVOR適応を促す方向であったのに対し、前者は抑制するものであった。現在、同定された数理モデルを計算機上に実装し、VOR適応における小脳ならびに前庭神経核の役割を明らかにするためのシミュレーション解析を進めている。

Vestibular ocular reflex (VOR) that compensates for the "skewness" of visual images on the retina that occurs during head movement is captured as an adaptive control system that adaptively changes the characteristics of the controller in response to changes in vestibular-visual information that are produced experimentally by changes in characteristics of the effector (eye musculoskeletal system) due to growth, aging, etc., and reversed prisms.在灵长类动物中，小脑“絮凝物（FL）的破坏阻止了VOR的适应，因此人们认为FL与这种适应有关。直到现在，ITO（1982）提出了一种基于长期抑制（ltd）的VOR适应的VOR适应机制（LTD）。多模式的感觉信息（前庭，视觉和效率复制信号）并生成电动机命令，因此很难确定FL和记忆位置在VOR适应中的作用。忠实地反映了生理和解剖学发现，并设计了一个生理实验，以确定基于系统识别理论的VOR适应性。该实验记录了在视觉竞争刺激过程中，在蒙基中录制了53个perrine and purake and purake and purake and perriam purake and purake and per and purainj purainje purkinje purkinje细胞的响应。 0.4至1.5（由S.M. Highstein Washington Univ进行了实验（MED。），为此数据设计的系统鉴定方法表明，VOR适应性在两个位置发生：子系统的子系统，其中包含小脑FL，并且子系统不包含BERTSIBULAR神经，而后者的抑制作用是在促进的。模型是在计算机上实现的，目前正在进行模拟分析，以阐明小脑和前庭神经核在VOR适应中的作用。

项目成果

Hirata, Y., Highstein, S.M.: "Evaluation of possible error signals used in vertical vestibuloocular reflex adaptation in squirrel monkeys"Society for Neuroscience Abstract. (CD-ROM). (2002)

Hirata, Y., Highstein, S.M.：“松鼠猴垂直前庭眼反射适应中可能使用的误差信号的评估”神经科学学会摘要。

Highstein, S.M., Blazquez, P., Hirata.Y.: "Response of floccular Purkinje cells following chronic adaptation of the vertical VOR"Society for Neuroscience Abstract. (CD-ROM). (2002)

Highstein, S.M.、Blazquez, P.、Hirata.Y.：“垂直 VOR 慢性适应后絮状浦肯野细胞的反应”神经科学学会摘要。

Hirata, Y., Highstein, S.M.: "Acute adaptation of the vestibuloocular reflex : signal processing by floccular and ventral parafloccular Purkinje cells"Journal of Neurophysiology. 85. (2001)

Hirata, Y., Highstein, S.M.：“前庭眼反射的急性适应：絮状和腹侧絮状旁浦肯野细胞的信号处理”神经生理学杂志。