運動学習中の小脳 - モトヌロンネットワークの動的関連

ここでは、まぶた応答の古典的な条件付け中に、小脳 - モトヌロン（MN）ネットワーク関連の真の因果方向性を評価しました。このために、特定された顔のMNSおよび小脳局間（IP）核ニューロンの発火活動が、アラート振る舞いの猫におけるこのタイプの連想学習の獲得中に記録されました。同時に、まぶた条件付き応答（CR）とOrbicularis Oculi（OO）筋肉のEMG活性が記録されました。非線形の関連分析と時間依存性因果関係方法により、非対称性、時間遅延、結合の方向、ニューロン記録と学習した運動反応の間の機能的相互依存性を決定することができました。IPニューロンとOO筋肉の活動の間の機能的非線形関連は双方向および非対称であり、カップリングの2つの方向の時間遅延は常にCRの開始を遅らせると結論付けました。さらに、結合の強度は、視界CRSの発現レベルに逆に依存していましたが、因果的推論は位相情報状態に大きく依存していました。対照的に、OO MNSとOO筋肉の活動との機能的関連は、一方向および準対称であり、結合の時間遅延は常に反対の兆候でした。さらに、学習プロセス中の小脳MNネットワーク関連の情報転送には、まぶたモーターシステムの最終的な共通経路を持つIP核の単なる「カップ​​リング」を誘導する「共通の駆動源」が必要でした。したがって、小脳は常に振り返り、プロセスで取得した情報を使用して独自の機能を再評価して、モーター学習における調節強化の役割を果たしていることを提案できます。

We assessed here true causal directionalities in cerebellar-motoneuron (MN) network associations during the classical conditioning of eyelid responses. For this, the firing activities of identified facial MNs and cerebellar interpositus (IP) nucleus neurons were recorded during the acquisition of this type of associative learning in alert behaving cats. Simultaneously, the eyelid conditioned response (CR) and the EMG activity of the orbicularis oculi (OO) muscle were recorded. Nonlinear association analysis and time-dependent causality method allowed us to determine the asymmetry, time delays, direction in coupling, and functional interdependences between neuronal recordings and learned motor responses. We concluded that the functional nonlinear association between the IP neurons and OO muscle activities was bidirectional and asymmetric, and the time delays in the two directions of coupling always lagged the start of the CR. Additionally, the strength of coupling depended inversely on the level of expression of eyeblink CRs, whereas causal inferences were significantly dependent on the phase information status. In contrast, the functional association between OO MNs and OO muscle activities was unidirectional and quasisymmetric, and the time delays in coupling were always of opposed signs. Moreover, information transfer in cerebellar-MN network associations during the learning process required a "driving common source" that induced the mere "modulating coupling" of the IP nucleus with the final common pathway for the eyelid motor system. Thus, it can be proposed that the cerebellum is always looking back and reevaluating its own function, using the information acquired in the process, to play a modulating-reinforcing role in motor learning.