脳内ネットワークの機能的結合を選択的に強化する人工皮質間接続法の開発

本研究の目的は、重度脊髄損傷に対するリハビリテーションを指向して、特定の随意運動に関わる神経経路を選択的かつ活動依存的に強化するための人工皮質間接続法を開発することである。本年度の目標は、人工皮質間接続のin vivo実証評価であった。霊長類モデル動物であるコモンマーモセットにおいて運動課題時の頭頂野の脳波を記録し、その活動依存的に運動前野を電気刺激する人工皮質間接続を予定していたが、その効果を検証する評価系の確立に多くの時間を要したため、至適パラメータを見つけるまでに至らず、人工皮質間接続を用いた神経経路の選択的強化を実証することはできなかった。しかし、昨年度までに開発した皮質脳波記録と皮質電気刺激を同時におこなうことが可能な実験系によって多くの知見を得ることができ、その成果について論文投稿並びに学会発表をおこなった。皮質脳波電極と皮質電気刺激を用いて覚醒下マーモセットの一次運動野を再現性よくマッピングするための新規アルゴリズムを考案し、コンピュータシミュレーションとin vivo電気生理実験をもって実現可能性を実証した。また、同様の電極を用いてマーモセットの運動野、体性感覚野から記録した把持到達運動中の皮質脳波から、把持運動を司る皮質内神経機構がマーモセットとマカクザルやヒトとで霊長類の種間差を超え広く維持されていることを明らかにした。さらに、皮質誘発電位、皮質に連発刺激法を用いて運動野内の局所神経回路の機能結合を電気生理学的に評価する方法を開発した。

本研究の目的は、重度脊髄損傷に対するリハビリテーションを指向して、特定の随意運動に関わる神経経路を選択的かつ活動依存的に強化するための人工皮質間接続法を開発することである。本年度の目標は、人工皮質間接続のin vivo実証評価であった。霊長類モデル動物であるコモンマーモセットにおいて運動課題時の頭頂野の脳波を記録し、その活動依存的に運動前野を電気刺激する人工皮質間接続を予定していたが、その効果を検証する評価系の確立に多くの時間を要したため、至適パラメータを見つけるまでに至らず、人工皮質間接続を用いた神経経路の選択的強化を実証することはできなかった。しかし、昨年度までに開発した皮質脳波記録と皮質電気刺激を同時におこなうことが可能な実験系によって多くの知見を得ることができ、その成果について論文投稿並びに学会発表をおこなった。皮質脳波電極と皮質電気刺激を用いて覚醒下マーモセットの一次運動野を再現性よくマッピングするための新規アルゴリズムを考案し、コンピュータシミュレーションとin vivo電気生理実験をもって実現可能性を実証した。また、同様の電極を用いてマーモセットの運動野、体性感覚野から記録した把持到達運動中の皮質脳波から、把持運動を司る皮質内神経機構がマーモセットとマカクザルやヒトとで霊長類の種間差を超え広く維持されていることを明らかにした。さらに、皮質誘発電位、皮質に連発刺激法を用いて運動野内の局所神経回路の機能結合を電気生理学的に評価する方法を開発した。