齊藤慧講師(理学療法学科,運動機能医科学研究所,神経生理Lab)の研究論文が,国際誌『Brain and Behavior』に受理されました!! 今回の研究では脳の一次体性感覚野という場所に刺激をすることで指先の感覚が良くなるということを示した研究です.詳しい内容は以下をご覧ください. 研究内容の概要 一次体性感覚野は触覚情報を処理する皮質領域であり,手指で触れた物体の形状などを判別するときに重要な役割を果たすことが示されています.我々はこれまで,末梢電気刺激や非侵襲的脳刺激法を用いて一次体性感覚野の興奮性を人為的に変化させることで手指の触覚機能が向上することを明らかにしてきました.本研究では,大脳皮質の律動活動を変調することができる経頭蓋交流電流刺激(tACS)を一次体性感覚野に施行することによって手指の触覚機能を変調できるかどうかを検証しました.本研究の結果,一次体性感覚野に対するtACSの効果は,被験者の一次体性感覚野におけるα帯域の律動活動の程度に依存しており,α帯域の脳律動活動が低い被験者ではα帯域の刺激を与えることで手指の触覚機能が向上することが明らかになりました. 齊藤先生からのコメント 本研究は,tACSによる一次体性感覚野の律動活動の変調が手指の触覚機能に効果をもたらし,その刺激効果は被験者の一次体性感覚野におけるα帯域の律動活動レベルに応じて変化することを明らかにした報告となります.この結果は,tACSが大脳皮質の律動活動レベルに合わせて触覚機能にアプローチできる新たなリハビリテーション手法となる可能性を秘めています. 研究成果のポイント 1.一次体性感覚野に対するα-tACSが手指の触覚機能にもたらす効果は,被験者の一次体性感覚野におけるα帯域の律動活動レベルに応じて変化することが明らかになりました. 一次体性感覚野 顔面の触覚. 2.一次体性感覚野におけるα帯域の律動活動レベルが低い被験者では,一次体性感覚野に対してα-tACSを与えることで手指の触覚機能が向上することが明らかになりました. 原著論文情報 Kei Saito, Naofumi Otsuru, Hirotake Yokota, Yasuto Inukai, Shota Miyaguchi, Sho Kojima, Hideaki Onishi. α‐tACS over the somatosensory cortex enhances tactile spatial discrimination in healthy subjects with low alpha activity.
はじめに 一次感覚野は大脳皮質において感覚情報が入力される最初の部位で,視覚,聴覚,体性感覚といったそれぞれのモダリティについて一次感覚野が存在し,そこで感覚情報の内容に応じた情報の選別がなされ,異なる特徴をもつ情報は異なる脳領域においてさらなる情報処理が進む 1, 2) .われわれはそういった一次感覚野のはたらきのおかげで入力された感覚の特徴を認識し,快感あるいは不快感を得たり,感覚入力に対しとっさの行動を起こしたりすることができる.美しい異性に一目惚れして声をかけたり,黒板に爪を立てて出された音に不快感をいだいて教室から逃げ出したりといった行動は,一次感覚野における情報の選別の機能なくしてはなしえない.しかしながら,そういった一次感覚野の機能を実現する機構については,細胞レベルではほとんど何もわかっていない. この研究では,マウスの一次体性感覚野のバレル皮質に注目し,一次体性感覚野から大脳皮質のほかの部位に情報を送出する役目を担う投射細胞からパッチクランプ記録を行うことにより,行動中のマウスが得た体性感覚の情報が一次体性感覚野において分岐するようすをとらえることを試みた.げっ歯類の一次体性感覚野に存在するバレル構造は頬ひげにおける体性感覚を処理する脳部位であり,解剖学的に頬ひげと同様の配列で大脳皮質に対応するカラム構造(バレル)が観察される 3) .機能的には,単一の頬ひげ(たとえば,C2 whisker)からの感覚情報は,まず単一のバレル(C2 whiskerの場合は,C2カラム)により処理される.これまでの研究から,一次体性感覚野のバレル皮質は,解剖学的および機能的に二次体性感覚野および一次運動野と神経結合していることが明らかになっている.筆者らは,このような背景から,一次体性感覚野のバレル皮質は,大脳皮質における広い領域の情報処理の機構とバレルにおける局所での情報処理の機構とを関連させた研究が可能なユニークな脳領域であると考え,モデル実験系として採用した. 1.一次体性感覚野の投射細胞の蛍光による可視化 投射細胞を特異的に標識するには,軸索の投射部位に逆行性のウイルスやトレーサーを注入して蛍光標識する技術がすでに開発されている.パイロット実験をとおし,逆行性のトレーサーであるコレラ毒素Bサブユニットに蛍光プローブを結合させたものが有効であることを確かめた.また,一次体性感覚野において一次運動野に投射する細胞と二次体性感覚野に投射する細胞は,同じカラムかつ同じ層に混在する興奮性のニューロンで,互いにほぼ独立した細胞であることが確認された.
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