上・下肢協調運動の神経基盤の解明

• Project/Area Number: 15J09559
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Developmental mechanisms and the body works (A)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Research Fellow: 中川 剣人 東京大学, 総合文化研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2016: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 脊髄反射 / 運動誘発電位 / 上下肢 / 肢間交互作用 / 協調運動 / fMRI / 非侵襲的神経刺激 / 補足運動野 / 運動錯覚

Outline of Annual Research Achievements

先行研究において、足関節の周期運動中に、その動作の局面に対応して、手足が同じ方向に動かしやすくなるように手関節筋の皮質脊髄路の興奮性が変調することが知られている。この現象は、上述の手足が協調して動くときに同調しやすい現象の神経基盤の一端と考えられている。しかしながら、手関節周期運動が足関節筋を支配する神経活動を動作局面依存的に変調させるかどうかは不明であるため、この点を検討する実験を行った。実験では、健常者を対象に、経頭蓋的磁気刺激による運動誘発電位（MEP）、および経皮的脊髄電気刺激による脊髄反射をそれぞれ足関節背屈・底屈筋、足指屈曲筋、膝関節伸展・屈曲筋から記録した。運動課題は、手関節伸展・屈曲の周期運動であった。伸展局面および屈曲局面においてランダムタイミングでMEPおよび脊髄反射を記録した。その結果、いずれの筋においてもMEPおよび脊髄反射の手関節動作局面に対応した変調は見られなかった。上記の足関節周期運動中の手関節筋皮質脊髄路の変動を捉えた研究結果と合わせて考えると、手関節と足関節間の動作周期依存的な相互作用は、下肢から上肢においては影響があり、上下肢の同調が促進されるが、その逆はない可能性が示唆される。

また、別実験において、上肢の等尺性の筋収縮のイメージが下肢筋の脊髄反射に及ぼす影響についても検討する実験を行い、同側のヒラメ筋、前脛骨筋、腓腹筋においては安静時よりも脊髄反射の振幅が増加し、短趾屈筋、大腿直筋、対側ヒラメ筋においては変調がみられなかった。このことは、手関節筋伸展の運動イメージによって変調する脊髄反射興奮性は、同側の下腿筋のみであり、筋特異的な変調であることを示している。この実験結果については、Neuroscience Letters誌に掲載済みである。

Research Progress Status

平成29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Influence of motor imagery on spinal reflex excitability of multiple muscles (2018)
  • Author(s): Nakagawa Kento、Masugi Yohei、Saito Akira、Obata Hiroki、Nakazawa Kimitaka
  • Journal Title: Neuroscience Letters Volume: 668 Pages: 55-59
  • DOI: 10.1016/j.neulet.2018.01.015
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effect of salient points in movements on the constraints in bimanual coordination (2018)
  • Author(s): Zheng Y., Muraoka T., Nakagawa K., Kato K., Kanosue K.
  • Journal Title: Experimental Brain Research Volume: 印刷中 Issue: 5 Pages: 1461-1470
  • DOI: 10.1007/s00221-018-5236-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Difference in activity in the supplementary motor area depending on limb combination of hand-foot coordinated movements (2016)
  • Author(s): Kento Nakagawa, Saeko Kawashima, Nobuaki Mizuguchi, Kazuyuki Kanosue
  • Journal Title: Frontiers Human Neuroscience Volume: Oct 4 Pages: 499-499
  • DOI: 10.3389/fnhum.2016.00499
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Muscle relaxation of the foot reduces corticospinal excitability of hand muscles and enhances intracortical inhibition (2016)
  • Author(s): Kouki Kato, Tetsuro Muraoka, Nobuaki Mizuguchi, Kento Nakagawa, Hiroki Nakata, Kazuyuki Kanosue
  • Journal Title: Frontiers in Human Neuroscience Volume: 10 Pages: 218-218
  • DOI: 10.3389/fnhum.2016.00218
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Interlimb coordination from a psychological perspective (2016)
  • Author(s): Tetsuro Muraoka, Kento Nakagawa, Kouki Kato, Qi Weihuang, Kazuyuki Kanosue
  • Journal Title: The Journal of Physical Fitness and Sports Medicine Volume: 5 Issue: 5 Pages: 349-359
  • DOI: 10.7600/jpfsm.5.349
  • NAID: 130005279680
  • ISSN: 2186-8123, 2186-8131
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Corticospinal excitability modulation in resting digit muscles during cyclical movement of the digits of the ipsilateral limb (2015)
  • Author(s): Muraoka, M. Sakamoto, N. Mizuguchi, K. Nakagawa, and K. Kanosue
  • Journal Title: Frontiers Human Neurosc Volume: 9 Pages: 607-607
  • DOI: 10.3389/fnhum.2015.00607
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 運動イメージが下肢複数筋の脊髄反射興奮性に与える影響 (2017)
  • Author(s): 中川剣人、一寸木洋平、齋藤輝、中澤公孝
  • Organizer: 第72回 日本体力医学会大会
• [Presentation] 静磁場刺激による脊髄神経回路興奮性の変調 (2016)
  • Author(s): 中川剣人, 中澤公孝
  • Organizer: Motor Control 研究会
• [Presentation] The effect of trans-spinal static magnetic field stimulation on the corticospinal excitability of upper limb muscles (2016)
  • Author(s): Kento Nakagawa, Kimitaka Nakazawa
  • Organizer: Neuroscience 2016
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Modulation of corticospinal excitability of wrist muscles depending on the phase of cyclic illusory movement of the contralateral limb (2015)
  • Author(s): Nakagawa K, Umesawa Y, Weihuang Q, Nakazawa K, Fujie M, Fujimoto H, Kanosue K.
  • Organizer: Neuroscience 2015
  • Place of Presentation: Chicago, USA
  • Year and Date: 2015-10-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 二肢協調運動の制御機構の検討 (2015)
  • Author(s): 中川剣人
  • Organizer: 第29回ヒトの随意運動制御研究会
  • Place of Presentation: 日本体育大学、東京都世田谷区
  • Year and Date: 2015-07-24
  • Invited
• [Funded Workshop] Neuroscience 2015 (2015)
  • Place of Presentation: Chicago, USA
  • Year and Date: 2015-10-17