神経科学：感覚予測が運動回路の神経集団動態を形作る

運動準備の神経基盤は、自発的動作中に詳しく解析されており、それによると準備中の運動皮質の活動には、次に行う動作のパラメーターとの規則的な関係が見られる。しかし運動は、身体への撹乱に起因する感覚入力に基づいて、引き起こされたり修正されたりするのが常である。こうした撹乱は予測可能な場合も多く、撹乱に対して備えておくことが運動をより正確にすると考えられるため、我々は、感覚入力についての予測も、運動回路の準備活動に影響しているだろうという仮説を立てた。本論文で我々は、ヒトまたはサルに、次に来る機械的摂動の方向についての確率的な手掛かりを与えると、被験個体がその運動準備に感覚予測を取り込み、修正反応を改善することを示す。我々は、高密度神経活動記録によって、こうした感覚予測が、自発的動作の準備に関わる運動皮質領域を含む脳全体に広がっていることを明らかにした。神経集団状態空間におけるこの準備信号の幾何学的形状は単純であり、各摂動方向の確率に比例してスケーリングする。摂動が始まった後、条件とは独立した信号が神経集団状態をシフトさせ、その結果、最初に感覚予測を反映する速い反応が起こる。我々は、腕の生体力学的モデルに結び付けた神経ネットワークを用いて、この神経信号の幾何学的形状は、感覚入力が摂動発生の信号を発したときのみ、すなわち摂動の方向が判明するより前に生じることを示す。従って、準備活動は、自発的運動の準備段階を整えるのと同様に、感覚入力に効率的に反応するための運動回路を構成している。

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