ドーパミン受容体が視床網様核における調節作用：ニューロンの興奮性と電気シナプスに関する研究 学術的背景 視床網様核（Thalamic Reticular Nucleus, TRN）は、脳内の重要な抑制性ニューロンネットワークであり、視床と皮質間の感覚情報伝達を調節する役割を担っています。TRNニューロンは電気シナプス（electrical synapses）を介して互いに結合し、密なネットワークを形成しています。この電気シナプスは、ニューロンの同期発火、信号伝達、およびネットワーク機能において重要な役割を果たしています。ドーパミン（dopamine, DA）は、注意、報酬、運動制御などのプロセスに広く関与する重要な神経伝達物質です。TRNは中脳からのドーパミン作動性入力を受け取り、高濃度のD...

脊髄損傷後の運動ニューロンの機能研究 背景紹介 脊髄損傷（Spinal Cord Injury, SCI）は、重篤な神経系疾患であり、患者の運動機能の喪失を引き起こすことが多い。脊髄損傷後、患者は四肢の自主的な運動を制御できない場合があるが、研究によれば、損傷レベル以下の運動ニューロンは一定の機能を保持している可能性がある。しかし、これらの運動ニューロンが損傷後にどのように振る舞い、機能回復のメカニズムがどのように働くかについては、まだ多くの謎が残されている。脊髄損傷後の運動ニューロンの変化をより深く理解するために、研究者らは高密度表面筋電図（High-Density Surface Electromyography, HDsEMG）と超音波イメージング技術を用いて、脊髄損傷患者と健康な対照...

チリのデグー（Octodon degus）を視覚システム研究の新モデルとして 学術的背景 視覚システムの研究は、神経科学分野における重要な課題の一つです。従来、科学者たちは夜行性や薄明薄暮性の齧歯類（ハムスター、ラット、マウスなど）をモデルとして、視覚システムの発達と機能を研究してきました。しかし、これらの動物の視覚システムは比較的単純であり、人間などの昼行性哺乳類の視覚システムとは大きな違いがあります。研究範囲を広げるため、科学者たちは人間の視覚システムに近い動物モデルを探し始めました。チリのデグー（Octodon degus）は、昼行性で早熟性の齧歯類であり、豊富な錐体細胞と高度に発達した網膜構造を持つことから、潜在的な研究モデルとして注目されています。 本研究の主な目的は、チリデグーの...

軽触が前庭誘発バランス反応をどのように変えるか 背景紹介 バランス制御は、姿勢と運動を維持するための人体の重要なメカニズムであり、視覚、前庭感覚、触覚を含む複数の感覚情報の統合に依存しています。前庭系は、頭部の動きや位置変化を感知し、重要なバランス情報を提供します。しかし、これらの感覚情報が衝突する場合、中枢神経系（CNS）は「感覚運動再重み付け」（sensorimotor reweighting）を通じて、異なる感覚情報への依存度を調整し、バランスを維持する必要があります。 軽触（light touch）とは、指先と安定した表面との間の軽い接触（通常2ニュートン未満の力）を指し、体の揺れ幅（center of pressure, COP）を大幅に減少させることができます。一方、前庭電気刺激...

立位バランス回復における多関節トルクの役割 学術的背景 立位バランスは、人間の日常生活において不可欠な能力であり、特に外部からの擾乱に直面した際に、いかに迅速に股関節、膝関節、足関節のトルクを協調させてバランスを維持するかは、運動制御と神経科学の重要な研究テーマです。従来の見解では、バランス回復は神経を介したフィードフォワード（feedforward）とフィードバック（feedback）メカニズムの協調作用に依存していると考えられています。フィードフォワードメカニズムは、筋肉の短範囲剛性（short-range stiffness）を通じて即時の機械的フィードバックを提供し、フィードバックメカニズムは感覚入力によって筋肉を活性化し、遅延した関節トルクを生成します。しかし、フィードフォワードと...

ストレッチ反射モデルを用いた筋電図からの高速および低速運動における下行性活性化パターンの推定 背景紹介 運動制御の分野において、脳からの下行性活性化（descending activation）は筋活性化の主要な源ですが、脊髄反射回路（spinal reflex loops）も運動生成において重要な役割を果たしています。脊髄伸張反射（spinal stretch reflex）は、筋長の変化に迅速に応答する短遅延の反射機構であり、筋力を調節することができます。しかし、脊髄反射が運動生成において果たす役割は広く研究されているにもかかわらず、現代の運動制御理論におけるその位置づけはまだ明確ではありません。脊髄反射が脳からの下行性活性化とどのように協調して働くかをより深く理解するために、Lei Z...

運動制御戦略の調整とタスク要求への適応 学術的背景 運動制御は神経科学や運動科学の中核的な研究分野であり、特に人間がどのように複雑な動作を計画し実行するかを理解する上で重要です。運動計画には、目標選択、タスク要求の適用、動作選択、および運動パラメータの設定など、複数のプロセスが関与しています。従来の見方では、運動計画と実行は比較的独立したプロセスであり、運動計画の完了には一定の時間が必要で、運動実行は計画が完了した後に開始されると考えられていました。しかし、近年の研究では、運動計画の一部が運動実行中に調整される可能性が示されており、この伝統的な二分法の見方に挑戦しています。 本研究は、運動制御戦略（control policy）がタスク要求に応じてどのように調整されるか、特に運動計画と実行の...

筋伸長と電気神経刺激がトルク生成に及ぼす影響 学術的背景 リハビリテーションやトレーニングプログラムにおいて、神経筋電気刺激（Neuromuscular Electrical Stimulation, NMES）は骨格筋機能を強化する効果的な方法です。しかし、従来の高強度NMESは高いトルクを生み出す一方で、明らかな不快感を伴うことがあります。近年、広パルス低強度のNMES（Wide-Pulse NMES）が代替案として注目されており、低強度刺激で高いトルクを発生させることができ、不快感も少ないとされています。しかし、特に異なる周波数や筋伸長の振幅下でのNMESのトルク出力をさらに最適化する方法については、まだ研究の余地があります。 本研究は、広パルスNMESと異なる振幅の筋伸長を組み合わせ...

高密度表面筋電図を用いたM波の局在化と測定の改善 学術的背景 表面筋電図（surface electromyography, sEMG）は、筋機能の研究や義肢の制御に有用なツールです。しかし、近隣の筋肉からの信号干渉（cross talk）により、その有効性が制限されることがよくあります。特に前腕のような筋肉が密集した領域では、信号干渉の問題が顕著です。この問題を解決するため、研究者たちは高密度表面筋電図（high-density sEMG, HD-sEMG）技術を導入しました。この技術は空間分解能を向上させることで、目標筋肉のM波（筋活動電位）をよりよく分離することができます。本研究は、HD-sEMGがM波の局在化においてどのように機能するかを評価し、空間フィルターが信号干渉を減少させる効...

視覚誘導による運動感覚錯覚が脊髄反射に及ぼす調節作用：神経科学的研究 学術的背景 神経科学とリハビリテーション医学の分野において、運動感覚錯覚（kinesthetic illusion）は、視覚刺激によって誘導される仮想的な運動知覚現象です。この現象は臨床的に痙縮（spasticity）を抑制することが証明されており、特に脳卒中患者のリハビリテーション治療において潜在的な応用価値を持っています。しかし、運動感覚錯覚の臨床効果は一部検証されているものの、その背後にある神経メカニズムはまだ明確ではありません。特に、運動感覚錯覚が中枢神経ネットワークの活性化を通じて脊髄レベルの神経回路に影響を与えるかどうかは、未解決の課題です。 本研究は、視覚誘導による運動感覚錯覚（kinesthetic ill...