サル第一次運動野損傷後のトレーニングにより生じる神経システムの再構築

猴子初级运动皮层损伤后训练引起的神经系统重组

基本信息

批准号：
09J00246
负责人：
肥後弓 (村田弓)
金额：
$ 1.79万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

脳損傷後の運動訓練が上肢の機能回復に及ぼす効果を、"行動解析""陽電子放射断層撮影(PET)を用いた脳活動イメージング"および"薬理学的手法"の3つの手法を相補的に用いることで、解明したいという目的で本研究を実施した。実験ではモデル動物にヒトと脳筋骨格構造が類似しているサル使用し、第一次運動野指領域に薬物による不可逆的な損傷を作成した。損傷の前と後に、母指と示指の先端を対立させて小さな物体を把握する「つまみ動作」を行っている時の脳血流を、PETを用いて測定した。その結果、損傷前は精密把握の動作中に、第一次運動野に血流上昇が認められたのに対し、脳損傷後につまみ動作が回復した損傷後1～2ヶ月後は両半球の運動前野腹側部に損傷前と比べて有意な血流上昇が認められた。この結果から、第一次運動野損傷後のつまみ動作の機能回復に関連して、運動前野腹側部において第一次運動野の機能を代償するような可塑的な変化が生じた可能性が示唆された。また、薬物によって神経活動を一時的に抑制する手法を使用し、損傷後につまみ動作が回復した時期に損傷半球の第一次運動野および運動前野腹側部の上肢領域の機能を抑制すると回復していた運動麻痺が再び生じてつまみ動作が困難となった。さらに、損傷半球の運動前野腹側部の手領域よりも前方の脳部位を薬物で抑制したときにも、把握動作に影響が認められた。この結果はPETによる脳機能イメージング実験で活動が上昇した脳領域と一致していた。これらの結果から、第一次運動野の損傷周辺の領域および運動前野腹側部が機能回復に関わっている可能性が示唆された。これらの結果は脳損傷後の機能回復のメカニズムや機能回復への運動訓練の影響を解明するための神経科学の知見として有益であると考える。

本研究使用“行为分析”、“使用正电子发射断层扫描（PET）进行脑活动成像”和“药理学方法”这三种互补方法来研究运动训练对脑损伤后上肢功能恢复的影响。目的是通过使用这种方法来阐明这一点。实验中，以大脑肌肉骨骼结构与人类相似的猴子为模型动物，在初级运动皮层的数字区域产生不可逆的药物损伤。在受伤前后，使用 PET 测量脑血流量，同时受试者进行“捏动作”，其中他们将拇指和食指的指尖相互抵住以抓住一个小物体。结果，在脑损伤前进行精确抓握运动时，初级运动皮层的血流量增加，而在损伤后1至2个月，当抓握运动恢复时，两个半球的运动都显着增加。与受伤前相比，腹侧前皮质的血流量增加。这些结果表明，补偿初级运动皮层功能的塑性变化可能发生在腹侧前运动皮层中，这与初级运动皮层受损后捏捏运动的功能恢复有关。另外，采用药物暂时抑制神经活动的方法，在伤后捏捏运动恢复时抑制受伤半球的初级运动皮层和上肢腹侧前运动皮层的功能。原本存在的运动麻痹再次出现，导致捏捏动作变得困难。此外，当用药物抑制受损半球腹侧前运动皮层中手部区域之前的大脑区域时，抓握运动也会受到影响。这一结果与使用 PET 的功能性脑成像实验中活动增加的大脑区域一致。这些结果表明，初级运动皮层和腹侧前运动皮层损伤周围的区域可能参与功能恢复。我们相信这些结果可作为神经科学发现，有助于阐明脑损伤后功能恢复的机制以及运动训练对功能恢复的影响。