フィードフォワード型姿勢制御における神経機構の解明

前馈姿势控制中神经机制的阐明

• 批准号: 20K19592
• 负责人: 鴻巣 暁
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K19592/
• 关键词: 予測的姿勢制御; 大脳小脳連関; 内部モデル; 運動学習; 大脳―小脳連関; シミュレーション; 大脳ー小脳連関; ラット; 予測的運動制御; 姿勢制御課題

中枢神経系の情報処理は時間遅れやノイズを伴うため、日常動作やスポーツ動作の素早く円滑な実行には予測的な姿勢制御が不可欠である。脳疾患患者の運動分析等により予測的姿勢制御に関与する中枢神経領域が同定されつつあるが、詳細な神経機構は明らかでない。そこで、本研究ではラットにおける新規の姿勢制御課題を構築し、大脳―小脳連関の局所的破壊実験および神経活動記録により、予測的姿勢制御の神経機構を解明する。2022年度は2021年度に引き続き予測的姿勢制御の責任領域を同定するための実験と解析を行った。体幹部および四肢の筋を制御する大脳皮質運動領野と密に神経連絡する小脳虫部Ⅳ-Ⅷ葉を局所的吸引除去および阻害薬により障害した小脳障害群、健常群および偽手術群において床傾斜の外乱試行を繰り返し測定し、群間で運動学データを比較した。初期の外乱試行における姿勢変動のパターンや大きさには群差が殆ど無く、姿勢変動の減少パターンも群間で類似していた。しかしながら、学習速度（試行番号と腰部の移動量の関係を指数回帰することで、経験試行数に対する姿勢変動の低下率を算出した）は障害群で有意に小さく（時定数が偽手術群に対して平均35%）、障害領域のサイズと相関した。したがって、「外乱に対する予測的姿勢制御のための内部モデルの構築に小脳虫部が中心的な役割を果たす」という研究計画書の仮説は支持された。本結果は、現在、原著論文として国際誌に投稿し審査を受けている。

由于中枢神经系统的信息处理伴随着时间延迟和噪音，因此预测性姿势控制对于快速、顺利地执行日常和体育活动至关重要。通过对脑部疾病患者的运动分析，可以识别参与预测姿势控制的中枢神经区域，但详细的神经机制尚不清楚。因此，在本研究中，我们将在大鼠中构建新的姿势控制任务，并通过大脑-小脑连接的局部破坏实验和神经活动的记录来阐明预测性姿势控制的神经机制。 2022 财年，继 2021 财年之后，我们进行了实验和分析，以确定负责预测态度控制的领域。小脑损伤组、健康组和假手术组均观察到地板倾斜度，其中小脑蚓部IV-VIII叶与控制躯干肌肉的大脑皮层运动区有密切的神经联系我们测量了重复的干扰试验并比较了各组之间的运动学数据。在最初的干扰试验中，姿势变化的模式或幅度几乎没有组间差异，并且组间姿势变化的减少模式相似。然而，受损组的学习速度（通过对试验次数和下背部运动量之间的关系进行指数回归来计算姿势波动相对于经历的试验次数的减少率）明显较小（时间常数小于假手术组）（平均35%）并且与断层区域的大小相关。因此，该研究方案的假设是“小脑蚓部在构建响应外部干扰的预期姿势控制的内部模型中发挥着核心作用”得到了支持。目前，研究结果正在作为原始论文提交给国际期刊进行审查。

项目成果

Modelling Posture Control to Predictable Perturbation in Rats

模拟大鼠可预测扰动的姿势控制

• 发表时间: 2021
• 作者: Yuma Matsuki;Akira Konosu;Akihiro Fujita;Tetsuro Funato;Dai Yanagihara
• 通讯作者: Dai Yanagihara

Predictive postural controls in bipedal rats: role of cerebellar vermis and mathematical simulation

双足大鼠的预测姿势控制：小脑蚓部的作用和数学模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: Suzuki S ;Nakajima T;Irie S;Ariyasu R;Ohtsuka H;Komiyama T;Ohki Y;栫ちか子;室伏由佳;鴻巣暁，柳原大
• 通讯作者: 鴻巣暁，柳原大

予測的姿勢制御における小脳虫部の役割―ラットにおける実験課題の構築と数理シミュレーション―

小脑蚓部在预期姿势控制中的作用 - 大鼠实验任务和数学模拟的构建 -

• 发表时间: 2022
• 作者: 鴻巣暁;舩戸徹郎;松木勇磨;酒井隆太郎;柳原大
• 通讯作者: 柳原大

A Model of Predictive Postural Control Against Floor Tilting in Rats.

• DOI: 10.3389/fnsys.2021.785366
• 发表时间: 2021
• 期刊: Frontiers in systems neuroscience
• 影响因子: 3
• 作者: Konosu A;Funato T;Matsuki Y;Fujita A;Sakai R;Yanagihara D
• 通讯作者: Yanagihara D

ラットの予測的姿勢制御系のシステムモデル

大鼠预测姿势控制系统的系统模型

• 发表时间: 2020
• 作者: Tomoya Ishii;Syusaku Sasada;Shinya Suzuki;Tomoyoshi Komiyama;栫ちか子;藤田章寛，鴻巣暁，舩戸徹郎，松木勇磨，小松拓実，柳原大
• 通讯作者: 藤田章寛，鴻巣暁，舩戸徹郎，松木勇磨，小松拓実，柳原大