2023.02.18

歩⾏を司る制御基盤の課題特異性ー異なる⼒学的環境での運動記憶形成に関する検討ー

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医療ニュース

⽇本⼥⼦⼤学家政学部被服学科の⼩川哲也講師と東京⼤学⼤学院総合⽂化研究科、九州⼯業⼤学教養教育院、国⽴障害者リハビリテーションセンター研究所の研究者からなる研究グループは、ヒトの移動動作として最も代表的な歩⾏を対象に、歩⾏遂⾏で使⽤される制御基盤の特性について研究を⾏っています。今回の研究では、トレッドミル上での歩⾏時に体幹部を前⽅または後⽅から牽引する特殊な⼒学的環境（それぞれ、下り傾斜（前⽅牽引）と登り傾斜（後⽅牽引）を模した）において形成される運動記憶の特性について、⾏動科学的な研究⼿法を⽤いて検討しました。

本研究成果は 2023 年 2 ⽉ 2 ⽇付で国際科学雑誌『Scientific Reports』のオンライン版に掲載されました。

【本研究の背景】

脳卒中や脊髄損傷などの中枢神経疾患罹患後の運動⿇痺からのリハビリテーションやスポーツでの動作スキル獲得のためのトレーニングの⽬的とは、標的とする運動を司る中枢神経機構（以下、制御基盤）について、当該の運動遂⾏に有利にはたらく機能変化に導くことにあります。そのためには、各々の運動遂⾏に内在する制御基盤の特性について理解を深める必要があります。

【本研究の成果】

本研究で⽤いた研究⼿法の概要は以下の通りです。被験者には左右分離型トレッドミルという左右2 枚のベルトが互いに異なる速度で動作する条件下（⾮対称条件）で歩⾏する課題を⾏ってもらいます。⾮対称条件での歩⾏開始初期では動作が不安定ですが、時間経過に伴う動作の繰り返しにより安定した歩⾏が可能となります。被験者が⾮対称条件に⼗分慣れた後、左右のベルトが同じ速度で動作する条件下（対称条件）で歩⾏を⾏ってもらいます。対称条件での歩⾏は、よく慣れた通常の歩⾏環境です。しかしながら、⾮対称条件の歩⾏課題後は、⾝体の左右で動作が著しく⾮対称となる歩容が「後効果」として出現します。これらの結果はすなわち、⾮対称条件下で安定した動作を実現するために制御基盤に⽣じた運動出⼒の調整（運動記憶形成）が、その後の対象条件下では異常な運動出⼒として顕在化した結果と捉えることができます。

以上の前提に基づいて、体幹部に対する前⽅または後⽅のいずれかの牽引を伴う⼒学的条件下での運動記憶形成が他⽅に対して互いにどのように影響し合うのか検討しました。その結果、前⽅牽引下で獲得した運動記憶はその後の前⽅牽引下では顕著な「後効果」として顕在化する⼀⽅で、後⽅牽引下では部分的にのみ⽣じました。これとは逆に、後⽅牽引下で獲得した運動記憶はその後の後⽅牽引では顕著な「後効果」として現れ、これと⽐べ前⽅牽引下での歩⾏における「後効果」のサイズは有意に⼩さなものでした。つまり、各々の⼒学的条件下で獲得した運動記憶は、その後のもう⼀⽅の⼒学的条件下での歩⾏に対して影響は限局的でした。前⽅牽引と後⽅牽引のいずれの条件下の歩⾏でも下肢の主要な関節は同様の曲げ伸ばしを繰り返し、すなわち、動作に関係する筋⾁も⼤部分が共通であると想定されます。⼀⽅、本研究の結果から、運動記憶の形成や維持といった中枢神経系の側⾯からすると両者は独⽴性が⾼いことがわかりました。また、ヒト以外の動物の移動運動としてマウスのステッピングやゼブラフィッシュの泳ぎを調べた先⾏研究の結果と照らし合わせると、各々の課題遂⾏に対して固有の制御基盤が存在する可能性も⽰唆されます。