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【医学/神経】『筋シナジー説』の神経基盤を解明 手指の多彩な運動を実現する神経メカニズムが明らかに/国立精神・神経医療研究センター


2017/07/30 00:06

『筋シナジー説』の神経基盤を解明
−手指の多彩な運動を実現する神経メカニズムが明らかに−

国立研究開発法人 国立精神・神経医療研究センター(NCNP、東京都小平市、理事長:水澤英洋)神経研究所(所長:武田伸一)モデル動物開発研究部の武井智彦室長(現カナダ・クィーンズ大学研究員)と関和彦部長らの研究グループは、霊長類の特徴である手指運動の多機能性を支える神経メカニズムを発見しました。
 
ヒトを含めた霊長類の手は大変複雑な構造をしており27個の筋と18個の関節から構成されます。私たちの脳神経はこの複雑な構造をうまく制御し、ピアノ演奏や手話など手の多彩な動きを可能にしています。しかしその制御のあり方はこれまで不明でした。筋や関節の組み合わせパタンは膨大で、次世代コンピューターの処理能力を遥かに超えた計算を瞬時に行う必要があるからです。
 
他方、ロボットハンドの開発をめざす工学分野では「筋シナジー」と呼ばれる考え方が提唱されてきました。つまり、多数の筋や関節の中から「よく使われる」組み合わせとその時必要な活動パタンをあらかじめ複数作っておき(シナジー)、実際にロボットを動かす際は適切なシナジーを使うことによって、コンピューターにかかる制御の負荷を大幅に減らすことができる、という考え方です。
 
今回私たちはこの「筋シナジー」に注目し、「霊長類の脳神経は、筋シナジーの原理にもとづいて、膨大な数の筋肉や関節を制御している」という仮説を立てサルの脊髄から神経活動の記録をとり検証しました。まず、筋電図の解析からサルの手の運動は3種類の筋シナジーによって作られていることが分かりました。次に、脊髄神経もこの3種類の筋の組み合わせと活動パタンを表現していることが初めて明らかになりました。さらに驚くべきことに、筋の組み合わせと活動パタンはそれぞれ別のメカニズムで作られることが判明しました。これは、シナジーの組み合わせと活動を一体化して考える従来の仮説では説明できない結果です。
 
今回の研究成果は、脳による身体の制御が筋シナジーに基づいて行われていることを世界で初めて示したものであり、脳の疾患による運動失調の理解やそのリハビリテーション、またロボットの制御技術の開発などが大きく進展すると期待されます。
 
本研究成果は、2017年7月24日午後3時 米国東部時間(日本時間2017年7月25日午前4時)発行の米国科学雑誌「Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS)」に掲載されました。
--- 引用ここまで 全文は引用元参照 ---

▽引用元:国立精神・神経医療研究センター2017年7月25日
www.ncnp.go.jp
http://www.ncnp.go.jp/up/1500611716.jpg

Published online before print July 24, 2017, doi: 10.1073/pnas.1704328114
PNAS July 24, 2017
Neural basis for hand muscle synergies in the primate spinal cord
www.pnas.org

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