| 講演名 | 2016-03-22 並進・傾き運動識別の曖昧性を解決する小脳神経回路モデル 飯田 祥貴(中部大), 稲垣 圭一郎(中部大), 平田 豊(中部大), |
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| 抄録(和) | アインシュタインの等価原理によれば，並進運動中の加速度と傾きによって生じる重力加速度は物理的に識別不能である．生体の直線加速度センサである耳石器もこれらの２つを区別できないが，小脳虫部の出力 (プルキンエ細胞応答) では両運動が区別されている．こうしたことから，小脳虫部神経回路に並進と回転運動の識別機構が存在すると考えられている．Canal pluggingにより，三半規管からの入力を阻害すると，小脳虫部出力における並進と回転運動の区別ができなくなることから，三半規管からの入力が並進・回転運動識別に必要であるといえる．しかしながら，こうした並進・回転運動識別問題を解く小脳虫部内の神経メカニズムについては未だよく理解されていない．そこで本研究では，小脳神経回路構造を陽に記述した前庭動眼反射運動学習を再現可能な数理モデルをもとに小脳虫部のモデルを構築した．このモデルにより，並進・回転運動混合刺激時の小脳虫部神経回路活動をシミュレートした結果，プルキンエ細胞が並進運動のみに選択的に応答することが確認された．さらに，Canal plugging条件をシミュレートした結果，三半規管からの回転運動情報の欠如により，小脳虫部プルキンエ細胞応答が耳石器応答と同様に並進・回転運動を区別できなくなることが示された．これらの結果から，本研究で構築したモデルは，小脳虫部神経回路による並進・回転運動識別のメカニズムを探るうえで有効であると考えられる． |
| 抄録(英) | According to Einstein’s equivalence principle, accelerations in translational motion are physically indistinguishable from gravitational accelerations caused by tilt. This applies to our biological linear accelerometers, the otolith organs. It is known that primary otolith afferent neurons respond equivalently during linear and tilt motions if their trajectories are appropriately matched, while we can perceive these two motions properly as different motions. Recent studies in monkey demonstrated that output of cerebellar vermis selectively encodes translational motion during tilt-translation combining stimuli. Theoretically, the tilt-translation ambiguity problem can be solved by using information about angular velocity during tilt. In support, it is reported that the dissociation of translation from tilt in vermal Purkinje cells is no longer possible in monkeys whose semicircular canals were plugged and angular velocity information was not available. Therefore, it is postulated that the tilt-translation ambiguity problem is solved in the vermis by using information from the otolith and semicircular canals. In this study, we reconfigured our cerebellar neuronal network model for vestibuloocular reflex adaptation and developed a model of cerebellar vermis to understand its role in solving tilt-translation ambiguity. We show that the model successfully reproduces vermal Purkinje cell responses encoding selectively translation information during tilt-translation combining stimuli. When we shut-down semicircular canal input to the model by mimicking canal plugging, model Purkinje cells showed activities more like those of otolith primary afferent neurons. From these results, it is suggested that the developed model is useful to explore underlying mechanisms of the tilt-translation ambiguity problem. |
| キーワード(和) | 前庭系 / 空間定位 / 小脳虫部 / モデルシミュレーション / 自己運動感覚 |
| キーワード(英) | Vestibular / Spatial orientation / Cerebellar vermis / Model simulation / Motion perception |
| 資料番号 | NC2015-96 |
| 発行日 | 2016-03-15 (NC) |
| 研究会情報 | |
| 研究会 | MBE / NC |
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| 開催期間 | 2016/3/22(から2日開催) |
| 開催地（和） | 玉川大学 |
| 開催地（英） | Tamagawa University |
| テーマ（和） | ME, 一般 |
| テーマ（英） | |
| 委員長氏名（和） | 小林 哲生(京大) / 斎藤 利通(法政大) |
| 委員長氏名（英） | Tetsuo Kobayashi(Kyoto Univ.) / Toshimichi Saito(Hosei Univ.) |
| 副委員長氏名（和） | 福岡 豊(工学院大) / 佐藤 茂雄(東北大) |
| 副委員長氏名（英） | Yutaka Fukuoka(Kogakuin Univ.) / Shigeo Sato(Tohoku Univ.) |
| 幹事氏名（和） | 中村 和浩(秋田脳研) / 田中 久弥(工学院大) / 堀尾 恵一(九工大) / 田中 宏喜(京都産大) |
| 幹事氏名（英） | Kazuhiro Nakamura(akita noken) / Hisaya Tanaka(Kogakuin Univ.) / Keiichi Horio(Kyushu Inst. of Tech.) / Hiroki Tanaka(Kyoto Sangyo Univ.) |
| 幹事補佐氏名（和） | 笈田 武範(京大) / 堀江 亮太(芝浦工大) / 神原 裕行(東工大) / 秋間 学尚(東北大) |
| 幹事補佐氏名（英） | Takenori Oida(Kyoto Univ.) / Ryota Horie(Shibaura Inst. of Tech.) / Hiroyuki Kanbara(Tokyo Inst. of Tech.) / Hisanao Akima(Tohoku Univ.) |
| 講演論文情報詳細 | |
| 申込み研究会 | Technical Committee on ME and Bio Cybernetics / Technical Committee on Neurocomputing |
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| 本文の言語 | JPN |
| タイトル（和） | 並進・傾き運動識別の曖昧性を解決する小脳神経回路モデル |
| サブタイトル（和） | |
| タイトル（英） | Cerebellar neural network model for resolving tilt-translation ambiguity |
| サブタイトル（和） | |
| キーワード(1)（和/英） | 前庭系 / Vestibular |
| キーワード(2)（和/英） | 空間定位 / Spatial orientation |
| キーワード(3)（和/英） | 小脳虫部 / Cerebellar vermis |
| キーワード(4)（和/英） | モデルシミュレーション / Model simulation |
| キーワード(5)（和/英） | 自己運動感覚 / Motion perception |
| 第 1 著者 氏名（和/英） | 飯田 祥貴 / Yoshiki Iida |
| 第 1 著者 所属（和/英） | 中部大学(略称：中部大) Chubu University(略称：Chubu University) |
| 第 2 著者 氏名（和/英） | 稲垣 圭一郎 / Keiichiro Inagaki |
| 第 2 著者 所属（和/英） | 中部大学(略称：中部大) Chubu University(略称：Chubu University) |
| 第 3 著者 氏名（和/英） | 平田 豊 / Yutaka Hirata |
| 第 3 著者 所属（和/英） | 中部大学(略称：中部大) Chubu University(略称：Chubu University) |
| 発表年月日 | 2016-03-22 |
| 資料番号 | NC2015-96 |
| 巻番号（vol） | vol.115 |
| 号番号（no） | NC-514 |
| ページ範囲 | pp.155-160(NC), |
| ページ数 | 6 |
| 発行日 | 2016-03-15 (NC) |