長遅延フィードバック応答の変化の時間経過は、短期的な運動適応の高速プロセスと類似している

Time course of changes in the long latency feedback response parallels the fast process of short term motor adaptation.

• Susan K Coltman
• Paul L Gribble

抄録

新しい力場への適応には、フィードフォワード制御とフィードバック制御の両方を変更することが必要である。我々は、新しい力場への適応中に運動系がフィードフォワード制御の調整と同様の方法でフィードバック応答を変化させるかどうかを調査した。力場適応タスクの間、独立したプローブを用いてフィードフォワード系とフィードバック系の両方の時間経過を同時に追跡した。参加者(n=35)はロボットマニピュランダムのハンドルを握り、手と腕を閉じた状態で視覚的な目標へのリーチを行った。到達試行のブロック中に、反時計回りの速度依存性の力場を導入した。表面筋電図電極を用いて、運動運動学、肩と肘の筋活動を測定した。タスク中のフィードバックストレッチ反応を追跡した。力路試行を用いて、全体的な学習を測定したが、これは後に高速と低速のプロセスに分解された。その結果、長時 間フィードバック応答（LLFR）は学習の初期段階でアップレギュレートされ、フィードフォワード適応の高速成分と相関していることがわかった。フィードバック応答の変化は、長時 間エポック（筋伸張後50-100ms）に特異的であり、適応時に力場に対抗するために必要な筋肉である上腕三頭筋でのみ観察された。LLFRのタイムコースと高速過程の推定タイムコースが類似していることから、両者は共通の神経回路によってサポートされていることが示唆された。高速過程は明示的な戦略を反映しているとする説もあるが、我々はその代わりにフィードバック制御装置の代理である可能性を主張する。

Adapting to novel dynamics involves modifying both feedforward and feedback control. We investigated whether the motor system alters feedback responses during adaptation to a novel force field in a manner similar to adjustments in feedforward control. We simultaneously tracked the time course of both feedforward and feedback systems via independent probes during a force field adaptation task. Participants (n=35) grasped the handle of a robotic manipulandum and performed reaches to a visual target while the hand and arm were occluded. We introduced an abrupt counter-clockwise velocity-dependent force field during a block of reaching trials. We measured movement kinematics and shoulder and elbow muscle activity with surface EMG electrodes. We tracked the feedback stretch response throughout the task. Using force channel trials we measured overall learning, which was later decomposed into a fast and slow process. We found that the long-latency feedback response (LLFR) was upregulated in the early stages of learning and was correlated with the fast component of feedforward adaptation. The change in feedback response was specific to the long-latency epoch (50-100 ms after muscle stretch) and was observed only in the triceps muscle, which was the muscle required to counter the force field during adaptation. The similarity in time course for the LLFR and the estimated time course of the fast process suggests both are supported by common neural circuits. While some propose that the fast process reflects an explicit strategy, we argue instead that it may be a proxy for the feedback controller.