物体を持ち上げる際の指先の力のスケーリングと重量知覚における前頭頂内溝と側方後頭皮質の役割

The role of the anterior intraparietal sulcus and the lateral occipital cortex in fingertip force scaling and weight perception during object lifting.

• Vonne van Polanen
• Guy Rens
• Marco Davare

抄録

熟練した利用物のリフトは、利用物の重量に応じて指先の力をスケーリングする事に依存します。重さに関する視覚的な手がかりがない場合、力の計画は最近のリフト経験に依存します。ここでは、これらの効果を媒介する神経機構を調べました。被験者に物体を持ち上げてもらい、その重さを推定してもらいました。同時に、動的負荷時と静的保持時に経頭蓋磁気刺激（TMS）を行った。2つの被験者グループは、物体の把持と知覚に重要な結節であることが知られている前頭頂内溝（aIPS）と側方後頭領域（LO）のいずれかにTMSを照射した。我々は、物体を持ち上げる際に前頭葉内溝（aIPS）と側頭葉内溝（LO）にTMSを照射することで、力のスケーリングと体重の知覚が変化するのではないかと仮説を立てた。この仮説に反して、aIPSやLOの刺激が、以前のリフティング経験に起因する力計画や重量推定に及ぼす影響は見られなかった。しかし、両領域のTMSはグリップ力を増加させましたが、動的負荷時にのみ適用され、体重推定を減少させましたが、静的保持時にのみ適用され、時間特異的な効果があることを示唆しています。興味深いことに、我々の結果はまた、重量物に特化した荷重スケーリングに影響を与えたのはLOではなくaIPSであったことを示しています。これらの知見は、物体操作時の行動と知覚を媒介する脳ネットワーク間の相互作用についての新たな知見を提供するものである。

Skillful object lifting relies on scaling fingertip forces according to the object's weight. When no visual cues about weight are available, force planning relies on recent lifting experience. Recently, we showed that previously lifted objects also affect weight estimation, as objects are perceived to be lighter when lifted after heavy objects compared to after light ones. Here, we investigated the underlying neural mechanisms mediating these effects. We asked participants to lift objects and estimate their weight. Simultaneously, we applied transcranial magnetic stimulation (TMS) during the dynamic loading or static holding phase. Two subject groups received TMS over either the anterior intraparietal sulcus (aIPS) or lateral occipital area (LO), known to be important nodes in object grasping and perception. We hypothesized that TMS over aIPS and LO during object lifting would alter force scaling and weight perception. Contrary to our hypothesis, we did not find effects of aIPS or LO stimulation on force planning or weight estimation caused by previous lifting experience. However, we found that TMS over both areas increased grip forces, but only when applied during dynamic loading, and decreased weight estimation, but only when applied during static holding, suggesting time-specific effects. Interestingly, our results also indicate that TMS over LO, but not aIPS, affected load force scaling specifically for heavy objects, which further indicates that load and grip forces might be controlled differently. These findings provide new insights on the interactions between brain networks mediating action and perception during object manipulation.