ヒトの移動運動の速度を制御する神経機序の解明

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本研究ではヒトの移動運動の速度を制御する神経機構の特徴解明のため、特に筋活動制御に関する神経機構の解明を目的に研究を行ってきた。本年度は、脊髄、大脳皮質、それぞれのレベルにおける歩行時の筋制御機序に関して脳波と筋電図を用いた研究を行った。昨年度までに、脊髄歩行回路による速度制御における、ヒトと動物の間の高い共通性を見出した(Yokoyama et al, 2017, Proc Roy Soc B)。今年度においても、これまで動物にしか存在しないと考えられてきた、歩行一周期中に脊髄の神経活動が上部から下部へ徐々に移っていく神経メカニズムがヒトの脊髄にも存在する可能性を示唆する結果を得た(Yokoyama et al, 2017, Physiol Rep)。歩行時には、脳は一個一個の筋を個別に制御するのではなく、筋シナジーという複数筋のまとまった活動を一つの単位として制御していることが示唆されている。歩行走行の速度変化に応じて、動員される筋シナジーの種類が異なることを2016年に我々のグループが報告した(Yokoyama et al. 2016. Sci Rep)。そこで、今年度は大脳皮質がどのように歩行中の筋シナジーの制御に関与するかを検討した。そのために、脳波から筋シナジー活動を推測する脳情報デコーダを作成した。結果として、脳波情報から筋シナジー情報が推測可能なことを明らかにした。さらに、脳波から個々の筋活動を推測した場合に比べ、筋シナジーを推測した場合の方が推測精度が高かった。この脳情報デコーダの推測精度の違いは、大脳皮質は個々の筋を制御するというより、筋シナジーレベルで歩行時の筋活動を制御することを示唆している。これまでの結果を踏まえると、ヒトは他の動物と似た脊髄歩行回路を有し、その脊髄回路の活動を大脳皮質が変調させることで幅広い速度の移動運動が生成されると示唆される。