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脳は、外部環境または対象物を認知し、適応的行動・運動を生成する。そのための外部環境は、２次元ないし３次元空間として、空間内や身体上のどこかを原点とした空間座標系として脳内に表現される。この座標系は、身体上や外部環境内など異なる場所に原点を持つものが複数存在し、それらは並列的に階層的に処理される。身体の外部に基準をもつ場合には[[外部座標系]]、身体上に基準を持つ場合には[[内部座標系]] | 脳は、外部環境または対象物を認知し、適応的行動・運動を生成する。そのための外部環境は、２次元ないし３次元空間として、空間内や身体上のどこかを原点とした空間座標系として脳内に表現される。この座標系は、身体上や外部環境内など異なる場所に原点を持つものが複数存在し、それらは並列的に階層的に処理される。身体の外部に基準をもつ場合には[[外部座標系]]、身体上に基準を持つ場合には[[内部座標系]]とも呼ばれる。こうした複数の空間座標は、単に知覚や認知だけでなく、運動の表出にも必要である。異なる効果器の運動に対して、適切な座標系が必要となる。実際、脳内では、空間座標系は主に空間認知に関わる背側経路だけでなく、前頭葉の運動に関連する複数の領域でも表現されている。 | ||
運動の表出に当たっては、空間内にプランされた軌道が、関節角や筋の長さ、力の大きさ、方向などへ変換される必要がある。身体部位の位置と関節・筋肉におけるパラメーターの関係を記述するのが[[関節座標系|関節]]・[[筋座標系]]であり、空間座標から運動への変換を考える上で重要である。 | 運動の表出に当たっては、空間内にプランされた軌道が、関節角や筋の長さ、力の大きさ、方向などへ変換される必要がある。身体部位の位置と関節・筋肉におけるパラメーターの関係を記述するのが[[関節座標系|関節]]・[[筋座標系]]であり、空間座標から運動への変換を考える上で重要である。 | ||
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脳は、複数の[[感覚器官]]からの情報を統合することによって、外部環境を空間として知覚（[[空間知覚]]）している。特に[[wj:霊長類|霊長類]]においては、特に視覚による空間知覚が発達しているが、単に認知的側面だけでなく、生体の運動や[[空間記憶]]、ナビゲーションなどの適応的行動に直接的に使われるものである。脳内の空間表現は、外部空間や身体上のどこかを原点として、身体や外部環境との関係を記述した空間座標系としてとらえることができる。しかし、その座標系は単一ではなく、原点の異なる空間座標系が、並列的・階層的に処理される。 | 脳は、複数の[[感覚器官]]からの情報を統合することによって、外部環境を空間として知覚（[[空間知覚]]）している。特に[[wj:霊長類|霊長類]]においては、特に視覚による空間知覚が発達しているが、単に認知的側面だけでなく、生体の運動や[[空間記憶]]、ナビゲーションなどの適応的行動に直接的に使われるものである。脳内の空間表現は、外部空間や身体上のどこかを原点として、身体や外部環境との関係を記述した空間座標系としてとらえることができる。しかし、その座標系は単一ではなく、原点の異なる空間座標系が、並列的・階層的に処理される。 | ||
こうした、空間座標系は，知覚や認知にとどまらず、運動の表出にとっても必要である。生体においてさまざまな運動効果器が存在し、異なる運動が遂行されるが、複数の空間座標系はそれぞれの運動に対して適切なものが必要である。例えば、腕の到達運動の際、まず[[網膜]][[中心窩]]を中心とした網膜座標系に対象物の位置が表現されるが、これだけでは視線が変化した場合に不都合で、[[wj:眼球|眼球]]位置を中心にした[[眼球中心座標系]]、頭部や身体軸を中心とした[[頭部中心座標系]]<ref name=ref1><pubmed>12094211</pubmed></ref>、[[身体中心座標系]]が必要となる。 | |||
一方、運動の生成には、空間座標系においてプランされた軌道を、関節の動きや筋肉の収縮に変換されなくてはならない。このために、身体の関節や筋肉の自由度を[[関節座標系|関節]]・[[筋座標系]] | 一方、運動の生成には、空間座標系においてプランされた軌道を、関節の動きや筋肉の収縮に変換されなくてはならない。このために、身体の関節や筋肉の自由度を[[関節座標系|関節]]・[[筋座標系]]としてそれぞれ規定する。手先の位置と関節角との関係や手先の力と[[wj:関節|関節]]に発生するトルクとの関係を関節座標系という。さらに、関節の角度とそれにつく[[wj:|筋肉]]の長さや関節に発生するトルクと筋の力などの関係を筋座標系という。ここでの次元数は関節や筋の数である。<ref name=ref7>'''伊藤 宏司'''<br>身体知システム論 ― ヒューマンロボティクスによる運動の学習と制御<br>''共立出版'' 2005</ref>。 | ||
== 空間座標系 == | == 空間座標系 == | ||
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head centered/body centered coordinate | head centered/body centered coordinate | ||
頭部ないしは身体軸を中心にした座標系。頭部中心座標系は眼球位置に影響を受けず、身体中心座標系は頭や眼球の向きに影響を受けない。このような座標系は、到達運動のような上肢運動に必要であるが、その他に全身の運動や移動にも必要である。時として絶対位置（absolute position）とも呼ばれる。 | |||
[[V6A]]のニューロン<ref name=ref22><pubmed>8270019</pubmed></ref>は、注視点の位置をいろいろに変えて、網膜中心座標系での同じ位置に視覚刺激を出してやると、視線がある方向に向いているときにだけ反応した。一見、眼球中心座標系の表現に見えるが、実はこのニューロンは、視線の向きに関わらず、視覚刺激が頭部から見てある特定の位置にあるときにだけ反応するニューロンであった。つまり、頭部中心座標系での空間表現をしているといえる。その他、LIP<ref name=ref20><pubmed>9732870</pubmed></ref>、V6A<ref name=ref10 />、VIP<ref name=ref12 /> <ref name=ref21><pubmed>15207243</pubmed></ref>などの領域においても、頭部中心座標系の位置を表現するニューロン活動が認められる。また、VIPやPRR、[[聴覚]]関連領域では、聴覚のモダリティによる頭部中心座標系の表現が認められる<ref name=ref1 />。 | [[V6A]]のニューロン<ref name=ref22><pubmed>8270019</pubmed></ref>は、注視点の位置をいろいろに変えて、網膜中心座標系での同じ位置に視覚刺激を出してやると、視線がある方向に向いているときにだけ反応した。一見、眼球中心座標系の表現に見えるが、実はこのニューロンは、視線の向きに関わらず、視覚刺激が頭部から見てある特定の位置にあるときにだけ反応するニューロンであった。つまり、頭部中心座標系での空間表現をしているといえる。その他、LIP<ref name=ref20><pubmed>9732870</pubmed></ref>、V6A<ref name=ref10 />、VIP<ref name=ref12 /> <ref name=ref21><pubmed>15207243</pubmed></ref>などの領域においても、頭部中心座標系の位置を表現するニューロン活動が認められる。また、VIPやPRR、[[聴覚]]関連領域では、聴覚のモダリティによる頭部中心座標系の表現が認められる<ref name=ref1 />。 | ||
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== 運動と空間座標 == | == 運動と空間座標 == | ||
空間座標は主に、視覚の[[空間知覚|背側経路]]にて表現され、特に頭頂連合野には複数の座標表現が存在する。このような脳内の空間座標は、運動や空間記憶、[[行動決定]] | 空間座標は主に、視覚の[[空間知覚|背側経路]]にて表現され、特に頭頂連合野には複数の座標表現が存在する。このような脳内の空間座標は、運動や空間記憶、[[行動決定]]などの行動に使われる。脳内のある特定の運動を制御する領域に、その運動が必要とする座標表現を見いだすことができる。例えば、網膜中心座標系や眼球中心座標系は、眼球運動に使われるが、これらは眼球運動の制御に関わる上丘、LIP等で表現されている。眼球中心座標系や頭部中心座標系や身体中心座標系、あるいは身体部位中心座標系は到達運動に取って必要であるが、これらは到達運動に関わるPRRやMIP、VIP、V6A等で表現されている。また、物体中心座標系に関わる神経活動は、把持運動に関わるAIPで見つかる。また、移動に関しては、外界中心座標系（環境中心座標系）がもちいられるが、場所の記憶やナビゲーションに関わる内側[[頭頂葉]]、後部帯状回皮質や脳梁[[膨大部]]後部領域、内側側頭皮質などが、このような空間表現を持っている。以上を以下の表にまとめる。 | ||
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