博 士 （ 医 学 ） 笠 原 敏 史

博 士 （ 医 学 ） 笠 原 敏 史

Further evidence for selective difficulty of upward eye     pursuit in juvenile monkeys: effects of optokinetic stimulation, static roll tilt, and active head movements

（ 若年 サル にお ける選 択的 な上 向き 滑動 性眼球運動障害：視運動性刺激、

静 的 傾 斜 、 ア ク テ イ ブ 頭 部 運 動 の 影 響 に 対 す る さ ら な る 検 証 ）

学 位 論 文 内 容 の 要 旨

【はじめに】霊長類は、正確な視覚情報を得るために両眼の中心窩に視覚対象像を保持す る。滑動性追跡眼球運動（以下、滑動性眼球運動）は、前額面をゆっくり動く小さな対象 を追跡するために用いられる。この際、対象以外の視覚背景は、網膜上では逆向きに動く が、それによる視運動性眼反射を抑制し、かつ、頭部が動く場合には、前庭動眼反射（VOR) を抑制しぬがら滑動性眼球運動が行われる。この機能の個体発達を調ぺるため当研究室で、

頭部を固定した若年日本サルに、水平または垂直方向の視標追跡を、静止したランダムド ット背景の有無で比較した。その結果、若年サルでは、ランダムドット背景下で上向き方 向の滑動性眼球運動が特異的に障害され、眼球速度が低下し、サッカードで補正した。さ らに 、サ ルと 視標 を同時に垂直方向に回転させると、上向きの回転時の下向きのVOR の抑 制障害を起こした。この方向特異的な滑動性眼球運動障害の神経機構を理解するため、本 研究 では 以下 の3 つ の実 験を 行っ た。 実験

では 、非対称性が視運動性眼反射の抑制不全 によ るも のか どう か、実験2 では、非対称性が眼窩内眼球運動の制御不全によるか、それ とも 空間 内眼 球運 動の制御不全によるか、実験3 では、頭部を固定せず自由に運動できる ようにした場合にこの非対称性がみられるか、また頭部運動に非対称性がみられるかどう かを調ぺた。

【方法】5 頭の日本サルを目前の垂直スクリーンまたはコンピュー夕・モニター上を動く視 標を 正確 に追 跡す るよ うに 訓練 した 。歯 年齢（

ら1994) から推定した全てのサルの 年齢は．5 〜6 歳の若年であった。眼球運動と頭部運動はサーチコイル法により記録した。背 景のランダムドットは視標の軌道上に重ならないように配置した。各々の実験で視線運動

（空間内、眼球運動）と頭部運動を記録した。なお、実験3 では頭部運動が自由ぬ状態の眼 窩内の眼球運動は視線運動から頭部運動を引いたものとした。眼球と視線運動に含まれて いたサッカードは削除した。視標速度に対する視線、眼球、頭部速度の利得を求めるため、

最小二乗法を用いて正弦波を各成分の速度波形に近似させ、各速度成分の最大振幅を視標

速度に近似させた波形の最大振幅で割って求めた。刺激速度のピークと各速度成分のピー

クの時間差を位相のずれとして計算した。このような利得と位相値の平均を個々のサルに

ついて、異なる日及び課題で求めた。異なる課題あるいはサルでの視標追跡機能を比較す

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る ため 、 こ れら の 値 をさ ら に 平均 （ 土SD） し、統 計処理し た。有 意水準は0.05以下と した。

【 結 果 】 実 験1： 静 止ラ ン ダ ムド ッ ト 背景 下 で の上 向 き 眼球 速 度 の 利得 （0.31士0.11）は 下 向 き 眼 球 速 度 の 利 得 （0.90土0.08)と 比ベ 有 意 に低 下 し た （pく0.05)。ま た 、 空間 内 で 静止 し た 視 標 を 固 視 し て い る 最 中 に 視 標 速 度 と 同 じ 速 度 で 下方 ヘ ラ ン ダム ド ッ ト背 景 を 動か す と 、 下 向 き 視 運 動 性 眼 球 運 動 （ 平 均 利 得0.14） が 出現 し た が 、ラ ン ダ ムド ッ ト 背景 を 呈 示 し な い 場 合 （ 平 均 利 得0.71） か ら 呈 示 し た 場 合 （ 平均 利 得0.31） の上 向 き 眼球 速 度 の利 得 を 引 い た 値 （0.4)よ り 小 さ か っ た 。 滑 動 性 眼 球 運 動中 の ラ ン ダム ド ッ ト背 景 の 動き に よ り 誘 発 さ れ た 視 運 動 性 応 答 は 、 初 期 成 分 と そ の 後 に 続 く 定 常 状 態 の2つ の 応 答 に 分 か れた 。 上 向 き 滑 動 性 眼 球 運 動 中 に ラ ン ダ ム ド ッ ト 背 景 を 下 方 に動 か し た とき に 出 現し た 視 運動 性 の初 期 成 分と 定 常 状態 の 応 答 の利得（ 初期成分0.16−0.27、定 状状態0.08−0.20）は 、ランダ ムドット 背景を 上方に動 かした ときの利 得（初 期成分0．44‑2．18、定常状態O．28‑2．11）に比 ぺ て 小 さ く 、 ラ ン ダ ム ド ッ ト 背 景 の 速 度 を 大 き く す る と、 各 々 の 利得 は さ らに 減 少 した 。 ラ ン ダ ム ド ッ ト 背 景 の 速 度 に 対 す る 視 運 動 性 応 答 の 大 きさ の 変 化 を回 帰 直 線を 用 い て調 べ る と 、 初 期 成 分 は 滑 動 性 眼 球 運 動 と 同 じ 方 向 で ラ ン ダ ムド ッ ト 背 景速 度 が 増す に っ れ増 大 した（傾 きO．32‑0．37)が、反 対方向で は回帰 直線の傾 きは殆 どゼロに 近く（傾き0．07‑0．10) 変 化 し な か っ た 。 定 常 状 態 の 応 答 の 変 化 は ラ ン ダ ム ド ット 背 景 の 方向 に 拘 わら ず 、 殆ど 変 化しなか った。

実 験2： サ ル と 視 標 呈 示 コ ン ピ ュ ー 夕 ・ モ ニ タ ー を 前 額 面 で右 耳 下 あ るい は 左 耳下80゜ま で 傾 け て 保 持 し 、 静 止 ラン ダ ム ドッ ト 背 景下 で 視 標追 跡 を 行わ せ た 。 眼窩 内 の 垂直 の 滑 動 性 眼 球 運 動 （ 空 間 内 で はほ ぽ 水 平の 滑 動 性眼 球 運 動） で は 、上 向 き と 下向 き の 眼球 速 度 で 明 らかな 非対称性 を示した （利得 ：上向き0.47土0.08、下向きO．84土0．10、pく0.05)。また、

静 止 ラ ン ダ ム ド ッ ト 背 景下 の 眼 窩内 の 水 平の 滑 動 性眼 球 運 動（ 空 間 内 では ほ ば 垂直 の 滑 動 性 眼 球 運動 ） で は非 対 称 性 はみ ら れ ず、 利 得 の平 均 は0.94土O．08で あ っ た 。従 っ て 、この 非 対 称 性 は 空 間 内 で の 垂直 方 向 の滑 動 性 眼球 運 動 では み ら れず 、 眼 窩 内で の 垂 直方 向 の 滑 動 性眼球 運動でみ られた。

実 験3： 頭 部 運 動 を 自由 に 行 わせ 、 ラ ンダ ム ド ット を 呈 示 しな い と き、 個 々 の眼 球 、 頭部 運 動 にぱ ら っ きは 見 ら れ たが 、 視線運動 では正 確に視標 を追跡し た（利 得O．84‑0．99)。頭部運 動 は 水 平 方 向 の 視 標 追 跡 課 題 に 比 ぺ 垂 直 方 向 の視 標 追 跡 課題 で 大 きく み ら れた 。 静 止ラ ン ダ ム ド ッ ト 背 景 下 で の 水 平 方 向 の 視 線 、 眼 球 、頭 部 速 度 の速 度 に 非対 称 性 はみ ら れ なか っ た が 、 依 然 と し て 、 垂 直 方 向 の 視 標 追 跡 課 題 で上 向 き と 下向 き の 視線 速 度 （利 得 ： 上向 き 0.19‑0.62、下向き0.73‑0.98、pく0.05)及び眼球速度（利得：上向きO．08‑0.30、下向き0.57‑0.84、 pく0.05)に 明 ら か な 非 対 称 性 が み ら れ た 。 し か し 、垂 直 方 向の 頭 部 速度 に 非 対称 性 は みら れなかった。

【 考 察】 本 研 究は 以 下 の3点 を 明 らか に し た。1． 若年 サ ル で観 察 さ れる ラ ン ダム ドット背 景 下 の 滑 動 性 眼 球 運 動 の 選 択 的 な 非 対 称 （ 上 向 き 眼 球 速度 の 低 下、 サ ッ カー ド に よる 補 正 ） は 、 滑 勤 性 眼 球 運 動 中 に 起 こ る ラ ン ダ ム ド ッ ト 背 景 の網 膜 上 の相 対 的 な動 き に よる 視 運 動 性 眼 反射 の 抑 制不 全 の み では説明 できない （実験1）。2．非 対称は 空間内眼 球運動 ではなく 、 眼 窩 内眼 球 運 動の 制 御 不 全に よ る もの で あ る（ 実 験2） 。3．ア ク テ イブ な 頭 部運 動には上 下 の 非 対 称 は 認 め ら れ ず 、 頭 部 を 自 由 に し た 課 題 状 況 でも 、 非 対称 は 眼 窩内 眼 球 運動 に 認 め

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られる（実験3 ）。これらの結果は、．他動的に身体全体が上向きに回転しているときの下向 き

の 抑制 障 害 は 、 下 向 き のVOR を打 ち消 すた めに 必要 な上 向き の眼 球運 動指令 の形 成障害によるものであることを示唆する。

本研究で明らかにした上向き滑動性眼球運動の選択的速度低下の神経機構として、まず、

大脳皮質内神経機構が関わるかであるが、大脳皮質の種々の領域の滑動性眼球運動ニュー ロンの最適方向は、全ての方向にほぽ均一に分布することが報告されているので、大脳皮 質機構だけで説明することは困難である。一方、垂直と水平の滑動性眼球運動は、異なる 脳 幹と 小脳 機構 によっ て実 行さ れる 。特 に、 小脳 片葉 の滑動性眼球運動に関わるプルキ ン エ細 胞の 最適 方向に は上 下の 非対 称が あり 、そ れが 上向き滑動性眼球運動の選択的速 度 低下 に関 わる 可能性 があ る。 また 、片 葉は 前庭 動眼 反射を中継する前庭神経核ニュー ロ ンを 抑制 する が、こ の抑 制に も非 対称 があ る。 上向 き回転時には、後半規管からの興 奮 入カ によ り下 向き眼 球速 度ニ ュー ロン が活 性化 され るが、この中継ニューロンを片葉 は 抑制 しな いこ とが報 告さ れて いる 。上 向き 回転 時の 下向 きVOR の抑 制障 害は 、こ の抑 制 不全 を反 映し ている 可能 性が 示唆 され る。 この よう な上向き滑動性眼球運動の選択的 速度低下は、ヒトの小児（8‑11 才）でも観察されるので、霊長類に共通する脳幹と小脳機 構を反映する現象であることが推測される。

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学位 論文審査の要旨

Further evidence for selective difficulty of upward eye     pursuit in juvenile monkeys: effects of optokinetic stimulation, static roll tilt and active head movements

（ 若年 サル にお ける 選択 的な 上向 き滑 動性眼球運動障害：視運動性刺激、

    静 的 傾 斜 、 ． ア ク テ イ ブ 頭 部 運 動 の 影 響 に 対 す る さ らな る 検 証 ）

  霊長額は、正確な視覚情報を得るために両眼の中心窩に視覚対象像を保持する。滑動性 追跡眼球運動（以下、滑動性眼球運動）は、前額面をゆっくり動く小さな対象を追跡する ために用いられる。この瞭、対象以外の視覚背景は、網膜上では逆向きに動くが、それに よる視運動性眼反応を抑制し、かつ、頭部が動く場合には、前庭動眼反射(VOR)を抑制 しながら滑動性眼球運動が行われる。この機能の個体発達を調べるため当教室で、頭部固 定下の若年日本サルに、視標以外の視覚背景をドットとして模擬的にランダムに．配置させ た背景（以下、ランダムドット背景）下で視標追跡を鯛ぺた 結果、上向き方向の滑動性眼 球速度が低下し、サッカードによる補正がみられていた。さらに、サルと視標を同時に垂 直方向に回転させると、上向きの回転時の下向きのVORの抑制障害を起こしていた。本研 究ではこの方向特異的な滑動性眼球運動障害の神経機構を理解するため5頭の若年日丶本 サルを用いて闢べた。

  眼球運動と頭部運動はサーチコイル法により記録した。なお、頭部非固定下の眼窩内の 眼球運動は視線運動（空間内眼球運動）から頭部運動を引いたものとした。眼球と視線運 動に含まれていたサッカード眼球運動は削除し、視標速度に対する視線速度、眼球速度、

頭部速度の利得を求めた。静止ランダムドット背景下での上向き滑動性眼球速度の利得低 下が下・向きの視運動性眼反応の抑制不全によるものかについて調ぺた結果、視運動性眼反 応は 固視 中（ 利得 平均0． 14)、 上向 き滑動性眼球運動中（異なる速度での平均利得 0． 08―O．20)ともに非常に小さかった。次に、静止ランダムドット背景下での上向き滑動 性眼球運動の利得低下が眼窩内眼球運動の制御不全によるものかを調べるため、サルを一 側下に80度傾け空間内と眼窩・内の眼球運動を乖離させて比較したところ、眼球速度の利 得低下が眼窩内の上向き方向で観察された。また、頭部非固定下でも調べた結果、依然と     ‑ 373―

之 直

郎

温 秀

菊

谷 木

島

々

神 佐

福

授 授

授

教 教

教

査 査

査

主 副

副

して上向き眼窩内眼球速度に利得低下（平均利得：上向きO． 08―0．30、下向き0．57ー0．84、 pく0． 05）が みられて いた。 しかし、頭部運動に利得低下はみられなかった。以上の結果か ら 、若 年 サ ルで は 選 択的に 上向きの 滑動性 眼球運動 指令の利 得が低 下してい ること が示唆 さ れた 。 滑 動性 眼 球 運動に 関わる神 経機構 に基づく と滑動性 眼球運 動指令は 異なる 脳幹と 小 脳機 構 で 垂直 方 向 と水平 方向に分 かれる こと、特 に、小脳 片葉の 滑動性眼 球運動 に関わ る プル キ ン エ細 胞 の 最適方 向には上 下の非 対称があ ることか ら、小 脳片葉領 域の神 経機構 の 違 い が 上 ・ 向 き 滑 動 性 眼 球 運 動 の 選 択 的 利 得 低 下 に 関 わ る 可 能 性 が 示 唆 さ れ た 。   学 位 審 査は 、 主 査で ある神 谷教授と 副査の 佐々木教 授、福 島教授に よる公開 発表時 の質 疑 応 答 で 行 わ れ た 。 公 閲 発 表 は 平 成18年1月17日 、 医 学 部 第3講 堂 に て 約25名 の 出 席 のも と 行 われ た 。 申請 者 は 約20分 聞 にわ た ル スラ イ ド を用 い て 学位 諭 文の 説明を 行っ た 後、 主 査 と副 査 と の問で 約15分問質 疑応答 があった 。副査 の佐々木 教授から 垂直方 向、

特 に上 向 き の眼 球 運 動の系 統発生に ついて の費問を 受け、申 請者は 実験背景 につい て詳し く 述べ た 。 また 。 滑 動性眼 球運動に 関わる 大脳皮質 と小脳の 関係の 質問に対 して、 申請者 は 文献 的 知 識よ り 、 小脳片 葉領域か ら上向 きの滑動 性眼球運 動の信 号の補足 眼野へ のフイ ー ドパ ッ ク が眼 球 運 動指令 の脳内フ イード パック回 路として 働き、 それが上 向きの 眼球運 動指令 の利得 の上昇に 関わる のではな レゝかと 考え、 腹側傍片葉は小脳下核を介して視床へ 投 射す る 経 路を 含 む こと か ら 前 頭棄 の 眼 球運 動 領 域ヘ フ イ ード バ ッ ク信 号 を送る ことが 可 能で あ る と回 答 し た。主 査の神谷 教授か ら若年サ ルでの滑 動性恨 球運動に 関わる 領域の 神 経機 構 の 研究 報 告 の有無 について の質問 を受け、 申請者は 当教室 における 若年サ ルのラ ン ダム ド ッ トの な い 背景 下 で ス ポッ ト の みで 行 わ れた 視 標 追跡 課 題 での 大 脳皮質 領域の 滑 動性 眼 球 運動 ニ ュ ーロン の結果に ついて 述べ、成 熟サルと 若年サ ルでほぽ 一致す るもの と回答 した。 また、若 年サル でみられ る現象が どの時 期で代償されるのかの質問に対して、

当 教 室 が こ の 現 象 が み られ た6歳前 後 の サル で 、3年 後 （ 約9歳 ） に 調ぺ た と ころ 、 代 償 さ れて い た と返 答 し た。 さ ら に 、4歳 ま でこ の 現象 を観察し てIゝるが、3歳以 下のサ ルで は この 実 験 課題 を 行 うこと が困難で あり、 調ぺるこ とが困難 である と回答し た。副 査の福 島 救授 か ら は、 佐 々 木教授 の最初の 質問に 対する回 答が一部 不十分 であると 指摘さ れ、今 後 の研 究 に つい て の 助言が あった。 申請者 はこれら の質問に 対して 、自らの 研究結 果や文 献的I知識 に基づぃ て概ね妥 当な回 答をなし た。社 会人入学 である 申請者は 保健学科 理学療 法 学専 攻 で 理学 療 法 士の教 育と研究 活動に 従事して おり、本 研究で 学び得た ことを 今後の 理学療法学の発展に生かしていく決意を述べた。

  本 論 文 は、 若 年 サル におけ る選択的 な上向 き滑動性 眼球運 動障害を 詳細に特 徴づけ たも の で、 審 査 員一 同 は この成 果を高く 評価し 、申請者 が学位（ 博士） の学位を 受ける に充分 な資格を有するものと判定した。

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