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同じ身体運動を脳は多彩なパターンで制御できる冗長性を持つ - 東大が証明

東京大学は、従来の概念とは反して、同一の身体運動が異なる脳活動パターンによって実行されうることを明らかにしたと発表した。

研究は、東京大学大学院教育学研究科の野崎大地教授と、同平島雅也助教らの研究グループによるもので、成果は「Current Biology」オンライン版に2月9日に掲載された。

手を伸ばす?握る、ジャンプする、蹴るなど随意的に行われる身体運動は、一次運動野や小脳などの運動を司る脳領域の活動によって実行?制御される仕組みだ。

つまり、脳の活動パターンが決まれば、それに対応する身体運動も自動的に決まることになる。

またこの因果的関係の存在から、逆に身体運動が決まれば、それに対応する脳活動パターンも唯一に決まるという考え方となり、これまで違和感なく受け入れられてきた。

これは、運動制御の研究分野で、動作の速度や向きなどの特徴が、脳内の神経活動としてどのように符号化されているかという研究が、数多く行われていることからも見て取ることが可能だ。

今回の研究は、身体運動が決まれば唯一の脳活動パターンが決まるというこの従来の考え方に反し、同じ身体運動が多様な脳活動パターンによって生み出されうることを明らかにしたのである。

被験者は片手でロボットアーム(画像1?2)のハンドルを動かし、スクリーン上のカーソルを、スタート位置から別々の位置(±30度)に配置された2つのターゲットに向かって交互に移動させる(画像3?A)。

被験者は自分の手を直接見られない形だ。

なお、ロボットアームは、運動学習研究に用いられる特殊な作りをしているのが特徴だ。

被験者がハンドルを握って、PC画面上のカーソルを操るなどの運動課題を行う。

この時のハンドルの位置、速度を精密に計測できると共に、さまざまな力をハンドルに加えることができる仕組みである。

また、実験の詳しい流れは、(A)まずスクリーン上で左右に配置されたターゲットに向かって交互に手を伸ばす。

手の位置情報はカーソルで表示される。

(B)カーソルに回転変換を加えると、カーソルをターゲットに到達させるために、被験者が気づかないうちに、徐々に手の運動方向が前方にシフトしていく。

(C)最終的には、いずれのターゲットを狙っている時にも、手が常に前方に動くという状態に収束する。

そして、(D)この同一の手の運動に、それぞれ右向き?左向きの力場を加えて、適応できるかどうかが調べられた次第だ。…

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