上丘の中枢パターン発生器に対する制御機構の解明

律動的な運動を行う際に重要な役割を果たすと推定されている中枢パターン発生器のほとんどは、脊髄に存在すると考えられている。2019年度は、これまでの研究を発展させ、脊髄を電気刺激した際の随意筋活動および運動に対する効果を検証した。まず、サルの脊髄（C7―T2）硬膜下へシート状の刺激電極を挿入し、上肢筋へ筋活動を記録するための EMGワイヤーを設置し、麻酔下のサルの脊髄を、それぞれの刺激電極から1極ずつ刺激した。その結果、脊髄刺激は肘から指の広範囲の筋へ誘発反応を生成し、その誘発反応は、刺激強度をあげるにつれて大きくなることがわかった。また、30Hz以上の刺激周波数における脊髄刺激によって、一定の運動方向を持つ運動が生じた。刺激周波数を高めるとほとんどの電極で、誘発される運動の大きさは大きくなったが、いずれの刺激周波数においても、誘発される運動の方向は同じであることがわかった。 次に、サルが上肢運動課題を行っている最中に脊髄を刺激した結果、主動作筋と拮抗筋の間で促通と抑制の相反する効果が誘発された。従って、脊髄電気刺激は、関節運動を行うために効率的な筋活動を誘発できることが示された。次に随意筋活動と刺激効果の関係について解析した結果、随意筋活動が大きくなると共に誘発筋電図が大きくなった。そのため、筋活動が大きい運動方向と刺激効果が大きい運動方向は一致した。すなわち、脊髄電気刺激は、随意筋活動をブーストできることが示された。

律動的な運動を行う際に重要な役割を果たすと推定されている中枢パターン発生器のほとんどは、脊髄に存在すると考えられている。2019年度は、これまでの研究を発展させ、脊髄を電気刺激した際の随意筋活動および運動に対する効果を検証した。まず、サルの脊髄（C7―T2）硬膜下へシート状の刺激電極を挿入し、上肢筋へ筋活動を記録するための EMGワイヤーを設置し、麻酔下のサルの脊髄を、それぞれの刺激電極から1極ずつ刺激した。その結果、脊髄刺激は肘から指の広範囲の筋へ誘発反応を生成し、その誘発反応は、刺激強度をあげるにつれて大きくなることがわかった。また、30Hz以上の刺激周波数における脊髄刺激によって、一定の運動方向を持つ運動が生じた。刺激周波数を高めるとほとんどの電極で、誘発される運動の大きさは大きくなったが、いずれの刺激周波数においても、誘発される運動の方向は同じであることがわかった。 次に、サルが上肢運動課題を行っている最中に脊髄を刺激した結果、主動作筋と拮抗筋の間で促通と抑制の相反する効果が誘発された。従って、脊髄電気刺激は、関節運動を行うために効率的な筋活動を誘発できることが示された。次に随意筋活動と刺激効果の関係について解析した結果、随意筋活動が大きくなると共に誘発筋電図が大きくなった。そのため、筋活動が大きい運動方向と刺激効果が大きい運動方向は一致した。すなわち、脊髄電気刺激は、随意筋活動をブーストできることが示された。