両腕協調運動の制御・学習を支える脳内過程

支持控制和学习双臂协调的大脑过程

基本信息

批准号：
20240059
负责人：
野崎大地
金额：
$ 17.89万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

我々はこれまでに、同じ左腕(もしくは右腕)で同じ運動を行う場合であっても、その運動学習を支える脳内過程(メモリ)が、右腕(左腕)の運動の有無によって部分的に切り替わることを示してきた。すなわち、我々の脳には、片腕運動用の右腕(左腕)運動メモリ、両腕運動用の右腕(左腕)運動メモリが別々に用意されていることになる。このような冗長な構造の存在意義、機能、場所を明らかにするため、以下の4つの研究目標を設定した。1.ロボットアーム実験系を用いた運動学習メモリ乖離構造の機能的意義の解明2.機能的脳イメージング法による運動学習メモリ乖離構造の脳内表象の解明3.数学的モデリングによる、運動学習メモリ乖離構造のもとで運動学習が進行する動態の解明4.運動学習メモリ乖離構造そのものが発達、トレーニングによって獲得されていく過程の解明極めて短期間の研究期間であったものの、以下の成果が得られた。・力覚デバイスPhantom2台を用いたリーチング運動実験系を構築した。これにより、例えば、左腕の動きに依存した力を右腕にかける等の複雑な運動課題を自在に実現できる。・この実験系を用いて、左腕の運動学習のメモリが、右腕運動の有無だけに依存するのではなく、右腕の運動方向に依存することを示唆する予備的な実験結果を得た。・運動学習メモリの脳内表象を調べるのに用いるため、超音波モータを応用したfMRI内で使用可能なマニピュランダムを設計した。・複数の運動メモリが互いに少しずつオーバーラップしており、それぞれのメモリの状態が運動エラーに応じて修正・更新されるという数学的なモデルを構築した。このモデルが片腕-両腕運動時の運動学習の動態をほぼ再現することを示した。

到目前为止，我们已经表现出来，即使使用相同的左臂（或右臂）进行相同的运动，但支撑运动学习的大脑过程（内存）也会部分切换，具体取决于是否移动了右臂（左臂）。换句话说，我们的大脑具有单臂运动的单独右臂（左臂）运动记忆，并为双臂运动带有右臂（左臂）运动记忆。为了阐明此类冗余结构的含义，功能和位置，设定了以下四个研究目标。 1。使用机器人手臂实验系统宽松运动学习记忆差异结构2。使用功能性脑成像方法来放松大脑的大脑表示运动记忆差异结构3.宽松运动学习记忆下运动进步的动力学的动力学，利用数学学习的过程来训练，该过程是通过运动的空间来训练的。获得了结果。 - 使用两个力传感器幻影构建了浸出运动实验系统。这使自由实现了复杂的运动任务，例如施加依赖左臂向右臂运动的力。使用此实验系统，我们获得了初步的实验结果，表明左臂运动记忆不仅取决于右臂运动的存在或不存在，而是取决于右臂运动的方向。 - 使用超声电动机在fMRI中使用的操作随机物被设计用于检查运动记忆的大脑表示。 - 构建了一个数学模型，其中多个运动记忆一点一点地互相重叠，并且每个内存的状态都会根据运动误差进行纠正和更新。该模型表明，它几乎重现了单臂双运动过程中运动学习的动力学。