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BRAIN and NERVE Volume 66, Issue 12 （December 2014）

BRAIN and NERVE 66巻12号（2014年12月発行）

Japanese English

総説

脳と脊髄との神経結合を人工的に強化する Strengthening of Corticospinal Connection through Recurrent Neural Interface 加藤健治 ¹ , 西村幸男 ^1,2,3 Kenji Kato ¹ , Yukio Nishimura ^1,2,3 ¹生理学研究所・発達生理学研究系・認知行動発達機構研究部門 ²総合研究大学院大学・生命科学 ³科学技術振興機構・さきがけ ¹Department of Developmental Physiology, National Institute for Physiological Sciences, National Institutes of Natural Sciences ²The Graduate University for Advanced Studies, SOKENDAI ³Precursory Research for Embryonic Science and Technology (PRESTO), Japan Science and Technology Agency キーワード：人工神経接続 , シナプス可塑性 , 皮質運動ニューロン , 脊髄 , ブレイン・コンピュータ・インターフェイス , artificial neural connection , synaptic plasticity , corticomotoneuronal cell , spinal cord , brain-computer interface Keyword: 人工神経接続 , シナプス可塑性 , 皮質運動ニューロン , 脊髄 , ブレイン・コンピュータ・インターフェイス , artificial neural connection , synaptic plasticity , corticomotoneuronal cell , spinal cord , brain-computer interface pp.1481-1486

発行日 2014年12月1日 Published Date 2014/12/1

DOI https://doi.org/10.11477/mf.1416200062

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神経損傷後の機能回復を目的として，筆者らは自由行動下のサルにおいて，大脳皮質運動野と脊髄とを人工的にコンピュータを介して神経接続し，大脳皮質-脊髄間のシナプス結合の強度を制御することに成功した。この神経活動依存的刺激によるシナプス結合の制御は，in vitroで証明された神経活動依存的可塑性の法則に従っていることを実証した。これらは，日常生活で利用可能なニューロリハビリテーションとして応用が期待できる。

Abstract

Individuals with neural damage hope to regain their impaired functions. However, therapeutic rehabilitation is lacking. Nishimura et al. (2013) have documented that the strength of neural connections between the motor cortex and the spinal cord can be modified using an autonomous recurrent neural interface that delivers electrical stimuli in the spinal cord and this is triggered by action potentials of corticospinal cells during free behavior. This activity-dependent stimulation modifies the strength of the terminal connections of single corticomotoneuronal cells, which is consistent with the bidirectional spike-timing-dependent plasticity rule previously derived from in vitro experiments. The success of our protocol suggests neurorehabilitative treatments could be possible for patients with damaged pathways.