[論文レビュー] Common Synaptic Input, Synergies, and Size Principle: Control of Spinal Motor Neurons for Movement Generation

François Hug, Simon Avrillon+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 27, 2022

EEG and Brain-Computer Interfaces被引用数 33

ひとこと要約

本レビューは、運動ニューロンが共通入力に基づいて機能的クラスターにグループ化されるという枠組みを提案します。これらのクラスターは筋肉をまたがることがあり、従来の運動ニューロンプールとは異なり、制御の次元性を低減させ、クラスター内での選択的制御が限定されることを示唆します。

ABSTRACT

Understanding how movement is controlled by the central nervous system remains a major challenge, with ongoing debate about basic features underlying this control. In this review, we introduce a new conceptual framework for the distribution of common input to spinal motor neurons. Specifically, this framework is based on the following assumptions: 1) motor neurons are grouped into functional groups (clusters) based on the common inputs they receive; 2) clusters may significantly differ from the classical definition of motor neuron pools, such that they may span across muscles and/or involve only a portion of a muscle; 3) clusters represent functional modules used by the central nervous system to reduce the dimensionality of the control; and 4) selective volitional control of single motor neurons within a cluster receiving common inputs cannot be achieved. We discuss this framework and its underlying theoretical and experimental evidence.

研究の動機と目的

• 脊髄運動ニューロンへ共通入力を分配する新しい枠組みを動機づける。
• 運動ニューロンが固定されたプールではなく機能的クラスターに組織されていると提案する。
• クラスターが筋肉をまたぐことも、部分的な筋肉支配を伴うこともあり、制御戦略を変える。
• クラスターがモジュールとして機能し、運動生成のための制御の次元性を低減する。

提案手法

• 共通入力に基づく脊髄運動ニューロンの概念的枠組みを定義する。
• クラスタリング、跨筋肉への広がり、機能的モジュール性についての仮定を概説する。
• この枠組みを支持する理論的・実験的証拠を要約する。
• サイズ原理やシナジーなどの運動制御理論への含意を論じる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 脊髄運動ニューロン間の共通入力分布の性質は何か。
• RQ2 運動ニューロンは筋肉をまたぎ、古典的プールと異なる機能的クラスターを形成するのか。
• RQ3 これらのクラスターは動作に必要な神経制御の次元性にどのような影響を与えるのか。
• RQ4 クラスター内の個々の運動ニューロンの選択的随意制御は実現可能か。
• RQ5 クラスターベースの制御枠組みを支持する理論的・実験的証拠は何か。

主な発見

• 共通入力に基づいて機能的クラスターにグループ化される運動ニューロンの概念的枠組みが提案されている。
• クラスターは筋肉を横断したり、筋肉の一部のみを含む場合があり、従来の運動ニューロンプールの定義に挑戦する。
• クラスターは動作生成に必要な神経制御の次元性を低減する機能的モジュールとして提示される。
• 理論的主張と実験的証拠の両方が、クラスターベースの組織を支持している。
• この枠組みは、共通入力を受けるクラスター内の個々の運動ニューロンを選択的に制御することの限界を示唆する。