脳はどのようにして気を散らす情報を無視して動きを調整するのか

脳はどのようにして気を散らす情報を無視して動きを調整するのか

最新の研究は、感覚障害を理解し、触れたものに基づいて動きを微調整できるより優れた義肢やロボットの構築に影響を及ぼします。

ラホーヤ — この記事を読んでいるあなたは、皮膚の接触受容体が周囲の環境を感知していることになります。 衣服や宝石、座っている椅子、使用しているコンピューターのキーボードやモバイル デバイス、さらには意図せずに擦れ合う指さえも、接触するたびに神経細胞の集合が活性化されます。 しかし、刺激が特に予期せぬものでないか、自分の動きを方向付けるのに必要な刺激でない限り、脳はこれらの入力の多くを無視します。

今回、ソークの研究者らは、哺乳類の脳の狭い領域にあるニューロンが、特に手からの気を散らす信号や破壊的な信号をフィルタリングして、器用な動きを調整するのにどのように役立っているかを発見した。 その結果は雑誌に掲載されました 科学 14 年 2021 月 XNUMX 日には、脳が他の感覚情報をどのようにフィルタリングするかについてのレッスンが開催される可能性があります。

「これらの発見は、私たちの神経系が世界とどのように相互作用するかをより深く理解するだけでなく、より優れた義肢やロボットを構築する方法や、病気や怪我の後に神経回路をより効果的に修復する方法を教えることにも意味を持っています。」と彼は言います。 エイマン・アジム、ソーク分子神経生物学研究所の助教授およびウィリアム・スキャンドリング発達椅子。

科学者たちは、ボールを投げることから楽器の演奏に至るまで、器用な動きを調整するには手からの入力が必要であることを長い間知っていました。 ある古典的な実験では、麻酔で指先が麻痺しているボランティアは、マッチを手に取って火をつけるのが非常に難しいことがわかりました。

「脳が信号を送り、人はその結果としての動きを実行するだけだという誤解がよくあります」とアジム氏は言う。 「しかし実際には、脳は手足や指の状態に関するフィードバック情報を常に取り込んでおり、それに応じて出力を調整しています。」

脳が体からのあらゆる信号に反応すると、一部の感覚処理障害で起こるように、すぐに圧倒されてしまいます。 アジム氏らは、健康な脳が物体を操作するような器用な動きを調整するために考慮すべき触覚信号をどのように選択しているのかを正確に特定したいと考えた。

彼らは、マウスのツールを組み合わせて、楔状核と呼ばれる脳幹の小さな領域内の細胞を研究しました。楔状核は、手からの信号が脳に入る最初の領域です。 感覚情報が楔状核を通過することは知られていましたが、研究チームは、この領域にある一連のニューロンが、手からの情報が最終的に脳の他の部分にどの程度伝達されるかを実際に制御していることを発見しました。 アジム氏のチームは、これらの回路を操作して多かれ少なかれ触覚フィードバックを通過できるようにすることで、マウスが報酬を獲得するためにロープを引っ張ったり、質感の区別を学習したりするなどの器用な作業をどのように実行するかに影響を与えることができるかもしれない。

「楔状核は、あたかも情報がそこをただ通過しているかのように、中継局と呼ばれることがよくあります」と、新しい論文の筆頭著者である研究員のジェームス・コナー氏は言う。 「しかし、実際にはこの構造の中で感覚情報が調整されていることが判明しました。」

コナーとアジムはさらに、マウスの皮質のさまざまな部分（より複雑で適応的な行動を担う領域）がどのようにして楔状筋のニューロンを制御し、手からの感覚情報をどれだけ強くフィルタリングするかを決定できることを示した。

今日、何十年にもわたる研究にもかかわらず、ほとんどの義肢やロボットは、指を敏捷にし、細かく正確な手の動きを実行するのに苦労しています。 アジム氏とコナー氏は、自分たちの研究が、人工指からの感覚情報をこの種のシステムに統合して手先の器用さを向上させる、より良いプロセスの設計に役立つ可能性があると述べている。 また、感覚処理障害の理解や、感覚情報の流れのバランスが崩れたときに脳内で何が起こるかをトラブルシューティングすることにも影響を与える可能性があります。

「外部の脅威に対する防御反応を最大限に高めるために、感覚システムは非常に高い感度を持つように進化してきました。 しかし、私たち自身の行動はこれらの感覚システムを活性化し、それによって私たちの意図した行動を妨害する可能性のあるフィードバック信号を生成する可能性があります」とコナー氏は言います。

「私たちは常に世界からの情報にさらされており、脳は何が入ってきて何が入っていないのかを判断する方法を必要としています」とアジム氏は言います。 「それは単なる触覚フィードバックではなく、視覚、嗅覚、聴覚、温度、痛みなどです。この回路について私たちが学んだ教訓は、脳がこれらの種類のフィードバックをどのように調整するかにも一般的に適用される可能性があります。」

他の著者には、アンドリュー・ボハノン、五十嵐正和、ジェームス・タニグチ、ソークのニコラス・バルターが含まれます。

DOI： 10.1126 / science.abh1123