ヒトの移動運動の速度を制御する神経機序の解明

阐明控制人类运动速度的神经机制

基本信息

批准号：
15J09583
负责人：
横山光
金额：
$ 2.18万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J09583/
关键词：
歩行 CPG 脳波筋シナジー運動制御脊髄大脳皮質速度

项目摘要

本研究ではヒトの移動運動の速度を制御する神経機構の特徴解明のため、特に筋活動制御に関する神経機構の解明を目的に研究を行ってきた。本年度は、脊髄、大脳皮質、それぞれのレベルにおける歩行時の筋制御機序に関して脳波と筋電図を用いた研究を行った。昨年度までに、脊髄歩行回路による速度制御における、ヒトと動物の間の高い共通性を見出した(Yokoyama et al, 2017, Proc Roy Soc B)。今年度においても、これまで動物にしか存在しないと考えられてきた、歩行一周期中に脊髄の神経活動が上部から下部へ徐々に移っていく神経メカニズムがヒトの脊髄にも存在する可能性を示唆する結果を得た(Yokoyama et al, 2017, Physiol Rep)。歩行時には、脳は一個一個の筋を個別に制御するのではなく、筋シナジーという複数筋のまとまった活動を一つの単位として制御していることが示唆されている。歩行走行の速度変化に応じて、動員される筋シナジーの種類が異なることを2016年に我々のグループが報告した(Yokoyama et al. 2016. Sci Rep)。そこで、今年度は大脳皮質がどのように歩行中の筋シナジーの制御に関与するかを検討した。そのために、脳波から筋シナジー活動を推測する脳情報デコーダを作成した。結果として、脳波情報から筋シナジー情報が推測可能なことを明らかにした。さらに、脳波から個々の筋活動を推測した場合に比べ、筋シナジーを推測した場合の方が推測精度が高かった。この脳情報デコーダの推測精度の違いは、大脳皮質は個々の筋を制御するというより、筋シナジーレベルで歩行時の筋活動を制御することを示唆している。これまでの結果を踏まえると、ヒトは他の動物と似た脊髄歩行回路を有し、その脊髄回路の活動を大脳皮質が変調させることで幅広い速度の移動運動が生成されると示唆される。

在这项研究中，我们进行了研究，目的是阐明控制人类运动速度的神经机制的特征，尤其是用于肌肉活性控制。今年，我们在脊髓和脑皮质水平行走过程中使用脑电图和肌电图对肌肉控制机制进行了研究。到去年，我们发现人类与动物之间使用脊柱步态电路在速度控制中的共同点很高（Yokoyama等，2017，Proc Roy Soc B）。今年，我们还获得了结果，表明一种神经机制，其中脊髓神经活性在一个步行的一个周期中逐渐从顶部转移到底部，以前认为仅在动物中存在于动物中，也可能存在于人类脊髓中（Yokoyama等人，2017年，Physiol Rep）。建议在行走时，大脑不会单独控制每个肌肉，而是控制多种肌肉的合并活性，称为肌肉协同作用是一个单位。我们的小组在2016年报道说，肌肉协同作用的类型取决于步行速度（Yokoyama等人，2016。SCIREP）。因此，今年我们研究了大脑皮层在步行过程中如何涉及控制肌肉协同作用。为此，我们创建了一个脑信息解码器，该解码器会从脑波中渗透肌肉协同活性。结果，可以从脑波信息中推断出肌肉协同信息。此外，在推断肌肉协同作用时，估计的准确性比从脑波中推断个体肌肉活动时更高。大脑信息解码器的推理准确性的这种差异表明，大脑皮层在肌肉协同水平上行走过程中控制肌肉活动，而不是控制单个肌肉。根据先前的结果，建议人类具有与其他动物相似的脊柱步态回路，并且大脑皮层调节了这些脊柱电路的活性，从而导致了广泛的运动运动。