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阪大、原因を区別して運動を修正する脳の仕組みを解明

発表日:2018年7月6日

自分が間違えたのか、相手が動いたのか!?

原因を区別して運動を修正する脳の仕組みを解明

■研究成果のポイント

・大脳皮質の頭頂葉が、手を伸ばす運動の際に生じる誤差の原因を区別して修正していることを発見

・頭頂葉のブロードマン5野は自分が原因の誤差(運動誤差)の検出と修正に貢献していることを解明

・ブロードマン7野は相手の動きが原因の誤差(目標誤差)の検出と修正に貢献していることを解明

・スポーツの効果的な学習法の開発や自動運転やロボット制御の学習調整法の設計への貢献に期待

■概要

大阪大学大学院生命機能研究科ダイナミックブレインネットワーク研究室北澤茂教授と大阪大学国際医工情報センター井上雅仁特任准教授(常勤)は、大脳皮質の頭頂葉(※1)が、手を伸ばす運動の誤差の原因を区別して修正用の信号を発していることを発見しました。ブロードマン5野(※2)と呼ばれる領域は自分が原因の誤差(運動誤差)を検出して修正用の信号を送り、7野(※2)は相手の動きが原因の誤差(目標誤差)を検出して修正用の信号を送り出していたのです(図1)。

本研究により、脳は手と目標のずれ(誤差)を機械的に検出しているのではなく、自分が原因の運動誤差なのか、相手が原因の目標誤差なのか、を区別して別々のシステムで修正していることが実証されました。

本研究の成果は、スポーツの効果的な学習法の開発や自動運転やロボット制御の効果的な学習調整法の開発につながることが期待されます。本研究成果は、2018年7月6日(金)午前1時(日本時間)に米国科学誌「Current Biology」電子版に掲載されました。

*図1は添付の関連資料を参照

■研究の背景

運動がうまくなるには練習が欠かせません。初めは下手だったのに、こつこつ練習を繰り返すとうまくなるのはなぜでしょうか。それは、運動の「間違い」を減らすように脳が「学習」するからです。しかし、「間違い」には2種類あることに注意が必要です。例えば、ストライクゾーンの「ど真ん中」にストレートが来ることがわかっていて、ど真ん中を狙ってバットを振ったのに、ボールの上方10cmの空を切った場合は、「自分の運動制御の不手際が原因」です。このような運動誤差に対しては、意図と運動制御の関係を下方向に修正する必要があります。一方、バットはど真ん中を通過したのにボールが落ちてボールの上方10cmの空を切った場合は、「相手の想定外の動きが原因」です。このような目標誤差に対しては、意図と制御の関係は変えずに、相手の動きを予測するシステムを別に準備して学習させる方が合理的です。脳は果たして、運動誤差と目標誤差を区別して学習しているのでしょうか。区別しているならば、それぞれの担当部署は脳のどこにあるのでしょうか。

北澤教授らの研究グループは、サルの頭頂葉に狙いを絞って、1)運動誤差と目標誤差の検出にあたる場所はどこか、また2)それらの信号が本当に学習に用いられているかどうか、の2点を調べました。

*以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

図1

http://release.nikkei.co.jp/attach_file/0484645_01.JPG

添付リリース

http://release.nikkei.co.jp/attach_file/0484645_02.pdf

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