わずか20個の脳細胞を活性化して学習済みの運動を誘発(Neurobiologists Trigger Learned Movements by Activating Just 20 Brain Cells)

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2026-10-14 カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)

米国カリフォルニア大学サンディエゴ校(UC San Diego)の研究チームは、マウスの運動野にある約20個の神経細胞を選択的に刺激することで、学習済みの運動に対応する脳活動パターンを誘発し、多くの場合、実際の運動も引き起こせることを明らかにした。研究では、二光子カルシウムイメージングで多数の神経細胞の活動を観察するとともに、ホログラフィック光遺伝学を用いて特定の細胞だけを光で刺激した。運動の直前に活動が高まる「早期発火ニューロン」に注目し、これらの細胞を人工的に活性化した結果、学習した動作に関連する神経活動が再現された。ただし、運動の誘発成功率は刺激直前の運動野の活動状態や、マウスが課題に取り組んでいるかどうかに左右された。この成果は、学習した運動の神経活動パターンが単なる結果ではなく、運動を生み出す因果的な役割を担うことを示す。将来的には、脳・コンピューター・インターフェース(BCI)を活用した脳卒中や麻痺のリハビリテーション、運動機能の回復、学習・記憶機構の解明への応用が期待される。

わずか20個の脳細胞を活性化して学習済みの運動を誘発(Neurobiologists Trigger Learned Movements by Activating Just 20 Brain Cells)
Holographic optogenetics enables researchers to switch on precisely selected neurons with light while observing how the rest of the network responds.

<関連情報>

運動皮質群への標的刺激は学習された運動を促進する Targeted stimulation of motor cortex ensembles drives learned movements

Qiyu Chen, An Wu, Bin Yu, Soyoung Chae, Zijing Tan, Assaf Ramot, Johnatan Aljadeff & Takaki Komiyama
Nature  Published:14 October 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-026-11174-3

Abstract

During the execution of learned motor skills, the neural population in layer 2/3 (L2/3) of primary motor cortex (M1) expresses a reproducible spatiotemporal activity pattern1. It is debated whether M1 actively participates in generating this learned pattern and whether this pattern causally drives the learned movement2,3,4,5. Here we combined in vivo two-photon calcium imaging and holographic optogenetic stimulation of functionally defined M1 L2/3 ensembles in mice performing a skilled lever-pressing task. Brief synchronous stimulation of about 20 neurons whose activity onset precedes voluntary movement onset induced movements resembling the learned movement, while producing activity patterns in other M1 neurons resembling the learned activity. Moreover, trial-by-trial variability of optogenetically triggered population activity correlated with variability in the induced movements. These variabilities were predicted by the initial state of M1 activity preceding stimulation. In some trials, stimulation induced the learned activity without inducing movements, indicating that the learned activity is not simply a reflection of movements but can arise internally. Stimulation failed to generate movements or learned activity in task-disengaged mice. Stimulation of neurons whose activity followed movement onsets failed to induce the learned movement in task-engaged mice. Together, the learned activity in M1 L2/3 can be generated when M1 is prepared at the optimal initial state and receives precise triggering inputs, supporting the active role of M1 in generating learned activity and learned movements.

医療・健康
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