運動学習時における大脳皮質内神経回路の信号伝達の特異的変化

运动学习过程中皮质内神经回路信号传输的具体变化

基本信息

批准号：
13041002
负责人：
蔵田潔
金额：
$ 2.5万
依托单位：
Hirosaki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

ヒトやサルが行う上肢による到達運動は、シフトプリズムを装着することにより視覚空間座標と運動座標との間に解離が生じても、10-20回の試行で正確に目標に到達することができる。しかもこの運動学習にはプリズムの着脱毎に、極めて高い再現性のあることが確認されている。このような運動学習に大脳皮質運動前野腹側部が重要な役割を果たしていることが明らかにされている。本年度の研究では、この目標点への手到達運動のプリズム適応が運動前野腹側部内およびその周辺の神経ネットワークにおける信号伝達の変化によって達成されるという仮説を立て、運動前野腹側部への出力先である一次運動野から単一ニューロン活動の多点同時記録を行い、データの詳細な解析を行った。運動前野腹側部と一次運動野のいずれにおいても運動関連ニューロンなどのいずれもプリズム適応中に特異的な発火を示すものはほとんどなかった。しかし、ニューロン間の相互相関を解析すると、プリズム適応中に特異的にスパイク後促通および同期発火を示すニューロン対が存在することが明らかとなった。これらは特に運動前野腹側部内の運動関連ニューロン間である場合が多数であった。一部は運動前野腹側部内の運動関連ニューロンとそれ以外のニューロン、および運動前野腹側部と一次運動野の運動関連ニューロン間で認められた。しかし一次運動野内では運動学習特異的なスパイク後促通あるいは同期発火を示すニューロンは少数であった。このことは運動前野腹側部の神経ネットワークにおける特異的なシナプス伝達効率の変化のみならず運動学習中に特異的なニューロン間の同期発火がプリズム適応に関わっていることを示すものと考えられる。本研究の結果は情報変換に関わるニューロン群間の結合性が変化と時間的同期の両方がプリズム適応に重要な役割を果たしていることを示唆する。

即使移动棱镜导致视觉空间坐标和运动坐标之间的分离，人类和猴子使用上肢进行的到达动作也能够在 10-20 次尝试内准确到达目标。而且，已经证实这种运动学习在每次安装和拆卸棱镜时都具有极高的再现性。研究表明，大脑皮层的腹侧前运动皮层在这种运动学习中起着重要作用。在今年的研究中，我们假设手部到达目标点的这种棱柱形适应是通过腹侧前运动皮层内部和周围的神经网络信号传输的变化来实现的，并且输出到腹侧前运动皮层首先，我们进行了多点同时记录初级运动皮层的单个神经元活动并对数据进行详细分析。在棱镜适应过程中，腹侧前运动皮层或初级运动皮层中与运动相关的神经元很少表现出特异性放电。然而，对神经元之间互相关性的分析表明，有一些神经元对在棱镜适应过程中特别表现出后尖峰促进和同步放电。这些在腹侧前运动皮层的运动相关神经元中尤其常见。其中一些现象是在腹侧前运动皮层的运动相关神经元和其他神经元之间，以及腹侧前运动皮层和初级运动皮层的运动相关神经元之间观察到的。然而，在初级运动皮层内，只有少数神经元表现出脉冲后促进或同步放电，这是运动学习所特有的。这被认为表明，棱镜适应不仅涉及腹侧前运动皮层神经网络中特定突触传递效率的变化，而且还涉及运动学习期间神经元之间的特定同步放电。这项研究的结果表明，参与信息转换的神经元群之间的连接性和时间同步性的变化在棱镜适应中发挥着重要作用。