ショウジョウバエの脚と翅の運動制御ネットワークの神経回路構造

Core Concepts

ショウジョウバエの脚と翅の運動制御に関わる神経回路の構造的特徴を明らかにし、運動制御の基本原理を解明する。

Abstract

本研究では、ショウジョウバエの脚と翅の運動制御に関わる神経回路の構造を詳細に解析している。
主な知見は以下の通り:

脚と翅の運動制御ネットワークは、機能的に関連する運動ニューロンを束ねるモジュール構造を持つ。
脚の運動制御モジュールでは、各プレモーターニューロンの入力強度が標的の運動ニューロンのサイズに比例しており、階層的な運動ニューロンの動員が可能な回路構造を持つ。
一方、翅の運動制御ネットワークでは、プレモーターニューロンの入力強度とサイズの関係が比例しておらず、より柔軟な運動ニューロンの動員が可能と考えられる。
同一個体内の異なる運動制御システムの比較から、運動制御ネットワークの共通原理と、生物力学的制約や進化的起源の違いに応じた特殊化が明らかになった。

本研究は、運動制御の神経基盤を理解する上で重要な知見を提供している。

Stats

運動ニューロンの活性化には階層的な動員が必要である。
脚の運動制御モジュールでは、各プレモーターニューロンの入力強度が標的の運動ニューロンのサイズに比例している。

Quotes

「脚と翅の運動制御ネットワークは、機能的に関連する運動ニューロンを束ねるモジュール構造を持つ」
「翅の運動制御ネットワークでは、プレモーターニューロンの入力強度とサイズの関係が比例しておらず、より柔軟な運動ニューロンの動員が可能」

Key Insights Distilled From

Synaptic architecture of leg and wing premotor control networks in Drosophila - Nature

by Ellen Lesser... at www.nature.com 06-26-2024

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07600-z

Deeper Inquiries

運動制御ネットワークの構造的特徴は、どのように行動の柔軟性や適応性に寄与しているのだろうか?

運動制御ネットワークの構造的特徴は、行動の柔軟性や適応性に重要な役割を果たしています。例えば、Drosophilaの脚と翅の運動制御ネットワークでは、脚の場合はモジュール化された構造により、個々の筋肉の機能に関連するMNを結びつけています。このようなモジュール化により、特定の行動に必要な筋肉の協調運動が可能となり、柔軟性が向上します。一方、翅の運動制御ネットワークでは、比例的なシナプス接続が欠如しており、翅の操縦筋の柔軟な選択を可能にしています。このように、運動制御ネットワークの構造は、行動の柔軟性や適応性を高めるために特化しています。

脚と翅の運動制御ネットワークの違いは、どのような進化的背景に基づくものなのだろうか?

脚と翅の運動制御ネットワークの違いは、それぞれの進化的背景に基づいています。脚の運動制御ネットワークは、Hierarchical MN recruitmentという階層的なMNの活性化を可能にする構造を持っています。これは、脚が地面との接触や歩行などの基本的な機能を果たすために進化してきた結果と言えます。一方、翅の運動制御ネットワークは、柔軟な翅の運動を可能にするために、比例的なシナプス接続が欠如しています。翅は飛行や機動性を重視するために進化してきたため、その運動制御ネットワークもその特性に合わせて進化してきたと考えられます。

運動制御ネットワークの構造的特徴は、ロボティクスや義肢制御などの応用分野にどのように活かせるだろうか?

運動制御ネットワークの構造的特徴は、ロボティクスや義肢制御などの応用分野においても活かすことができます。例えば、脚の運動制御ネットワークのHierarchical MN recruitmentは、ロボットの歩行や動作計画に応用する際に役立ちます。この構造を取り入れることで、複雑な動作を効率的に実現することが可能となります。また、翅の運動制御ネットワークの柔軟なシナプス接続は、ドローンや飛行ロボットの制御に活かすことができます。このような特性を利用することで、機械の運動制御をより自然な動きに近づけることができるでしょう。