身体運動の学習プロセスの制御に基づいた最適な運動学習方略の解明

• Project/Area Number: 16J02485
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Basic / Social brain science
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 武見 充晃 東京大学, 教育学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2017: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2016: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 運動学習 / 運動記憶 / 経頭蓋直流電気刺激 / ニューロモジュレーション / 皮質運動野 / 腕到達運動 / 経頭蓋微弱電流刺激 / 経頭蓋磁気刺激

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目標は、運動課題の効率的な上達をうながす学習方略を明らかにすることであった。そこで私は，スポーツ科学や心理学領域では広く知られる「多様性練習：ある課題を多様な文脈で練習すると、単一の文脈で練習した時と比べて課題の定着が促進される現象」に着目し、最適な学習方略を「少ない練習回数で長期的に運動スキルの記憶が保持される学習法」と定義して研究を行った。
H29年度には、力場環境下での腕到達運動課題で多様性練習の効果を再現した。その運動記憶は、到達目標に若干のバラつきをもたせて練習することで最もよく定着し、そのバラツキが小さすぎても大きすぎても定着を悪くすることが示された。この結果を運動学習の数理モデルで再現したところ、目標のバラツキは多様な神経細胞の発火をうながして、運動記憶を多様な神経細胞群に紐づけることを可能にすること、すなわち記憶表現を冗長にする効果があることが示された。
これらの結果に基づいて、私は多様性練習の神経基盤が、学習中に発火する神経細胞の多様性にあると考えた。そこでH29年7月からは、経頭蓋直流電気脳刺激を用いて、皮質運動野の状態を操作的に変調し、運動学習中の皮質運動野の活動パターンの多様性が運動記憶に与える影響を調べてきた。特別研究員の採用を辞退した今年度9月末までに90名の被験者で実験を行い、その結果、脳活動の状態が一定になる刺激を受けた被験者と比べて、脳状態が多様に変動する刺激操作を受けた被験者では、有意に運動記憶の定着が優れるという結果が得られた。
採用期間を通して得られた成果は、今年度査読付き英文原著論文として2報（うち筆頭1報）発表した。また国内学会で口頭発表を2回、ポスター発表を4回（うち筆頭1回）、国際学会では口頭発表を1回（うち筆頭0回）、ポスター発表5回（うち筆頭3回）おこなった。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] DRCMR(デンマーク)
• [Int'l Joint Research] DRCMR(デンマーク)
• [Journal Article] Muscle-selective disinhibition of corticomotor representations using a motor imagery-based brain-computer interface (2018)
  • Author(s): Takemi Mitsuaki、Maeda Tsuyoshi、Masakado Yoshihisa、Siebner Hartwig Roman、Ushiba Junichi
  • Journal Title: NeuroImage Volume: 183 Pages: 597-605
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2018.08.070
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Accurate motor mapping in awake common marmosets using micro-electrocorticographical stimulation and stochastic threshold estimation (2018)
  • Author(s): Kosugi Akito、Takemi Mitsuaki、Tia Banty、Castagnola Elisa、Ansaldo Alberto、Sato Kenta、Awiszus Friedemann、Seki Kazuhiko、Ricci Davide、Fadiga Luciano、Iriki Atsushi、Ushiba Junichi
  • Journal Title: J Neural Eng Volume: 15 Issue: 3 Pages: 036019-036019
  • DOI: 10.1088/1741-2552/aab307
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Rapid Identification of Cortical Motor Areas in Rodents by High-Frequency Automatic Cortical Stimulation and Novel Motor Threshold Algorithm (2017)
  • Author(s): Takemi Mitsuaki、Castagnola Elisa、Ansaldo Alberto、Ricci Davide、Fadiga Luciano、Taoka Miki、Iriki Atsushi、Ushiba Junichi
  • Journal Title: Frontiers in Neuroscience Volume: 11 Pages: 580-580
  • DOI: 10.3389/fnins.2017.00580
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Synchronizing the transcranial magnetic pulse with electroencephalographic recordings effectively reduces inter-trial variability of the pulse artefact (2017)
  • Author(s): Tomasevic Leo、Takemi Mitsuaki、Siebner Hartwig Roman
  • Journal Title: PLoS One Volume: 12 Issue: 9 Pages: e0185154-e0185154
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0185154
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cortical control of object-specific grasp relies on adjustments of both activity and effective connectivity: a common marmoset study (2017)
  • Author(s): Tia Banty、Takemi Mitsuaki、 Kosugi Akito、Castagnola Elisa、Ansaldo Alberto、Takafumi Nakamura、Ricci Davide、Ushiba Junichi、Fadiga Luciano、Iriki Atsushi
  • Journal Title: J Physiol Volume: 595 Issue: 23 Pages: 7203-7221
  • DOI: 10.1113/jp274629
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 異なる脳波律動変調がもたらす同レベルの皮質興奮性変化 (2018)
  • Author(s): 武見充晃
  • Organizer: 第12回モーターコントロール研究会
• [Presentation] 運動記憶の安定性を高める多様な脳状態下での運動学習 (2018)
  • Author(s): 武見充晃，Hartwig R Siebner，野崎大地
  • Organizer: 第12回モーターコントロール研究会
• [Presentation] 適度な標的位置多様性は到達運動記憶の強い定着を促進する (2018)
  • Author(s): 小笠原東洋，武見充晃，野崎大地
  • Organizer: 第12回モーターコントロール研究会
• [Presentation] 熟達した運動スキル遂行時におこる動作ミスの予兆 (2018)
  • Author(s): 小林稔季，武見充晃，野崎大地
  • Organizer: 第12回モーターコントロール研究会
• [Presentation] 両腕欠損アスリートにおける一次運動野の機能的構造 (2018)
  • Author(s): 中川剣人，武見充晃，佐々木睦，中西智也，中澤公孝
  • Organizer: 第12回モーターコントロール研究会
• [Presentation] Dynamic muscle representations in marmoset motor cortex: Static lower limb position modulates upper limb motor smatotopy (2018)
  • Author(s): Atsushi Iriki, Mitsuaki Takemi, Banty Tia, Akito Kosugi, Elisa Castagnola, Davide Ricci, Luciano Fadiga, Junichi Ushiba
  • Organizer: 49th Annual Meeting of the Society for Neuroscience
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Motor practice under variable cortical activities fosters the stability of motor memories (2018)
  • Author(s): Mitsuaki Takemi, Toyo Ogasawara, Daichi Nozaki
  • Organizer: 28th Annual Meeting of the Society for the Neural Control of Movement
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Motor learning under artificially elicited multiple brain states fosters the stability of motor memories (2018)
  • Author(s): Mitsuaki Takemi, Toyo Ogasawara, Daichi Nozaki
  • Organizer: Carolina Neurostimulation Conference 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Motor practice under transcranially induced variable brain states improves the retention of motor memories (2018)
  • Author(s): Mitsuaki Takemi, Daichi Nozaki
  • Organizer: 49th Annual Meeting of the Society for Neuroscience
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Artificially increasing brain state variability enhances motor memory consolidation (2018)
  • Author(s): Mitsuaki Takemi, Daichi Nozaki
  • Organizer: Winter Workshop on Mechanism of Brain and Mind 2018
• [Presentation] Two oscillatory modes of introducing plasticity in human motor cortex: a transcranial alternating current stimulation (TACS) study (2018)
  • Author(s): Mitsuaki Takemi, Janine Kesselheim, Morten Gortz Jonsson, Hartwig R Siebner
  • Organizer: The 4th Cinet Conference
• [Presentation] Is there a causal link between afferent inhibition and oscillatory brain stimulation in the human sensorimotor cortex? (2018)
  • Author(s): Janine Kesselheim, Mitsuaki Takemi, Anke Karabanov, Hartwig R Siebner
  • Organizer: Neurograd Winter School 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Brain-state dependent TMSによる頭皮脳波の神経活動実体の理解 (2017)
  • Author(s): 武見充晃
  • Organizer: 第11回モーターコントロール研究会
• [Presentation] 背景脳状態に依存して想起・保持される運動記憶 (2017)
  • Author(s): 武見充晃，野崎大地
  • Organizer: 第11回モーターコントロール研究会
• [Presentation] リアルタイム脳波解析とその状態に依存した脳磁気刺激によるヒト感覚運動脳波の機能理解 (2017)
  • Author(s): 武見充晃，前田剛，正門由久，Hartwig R Siebner，牛場潤一
  • Organizer: 第47回日本臨床神経生理学会学術大会
• [Presentation] Static lower limb position influences the motor representation of distal but not proximal upper limb muscles (2017)
  • Author(s): Mitsuaki Takemi, Banty Tia, Akito Kosugi, Takafumi Nakamura, Elisa Castagnola, Alberto Ansaldo, Davide Ricci, Luciano Fadiga, Atsushi Iriki, Junichi Ushiba
  • Organizer: 27th Annual Meeting of the Society for the Neural Control of Movement
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Two oscillatory modes of introducing cortical plasticity in human motor cortex: a transcranial alternating current stimulation study (2017)
  • Author(s): Mitsuaki Takemi, Janine Kesselheim, Morten Gortz Jonsson, Hartwig R Siebner
  • Organizer: 48th Annual Meeting of the Society for Neuroscience
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 標的位置の多様性が到達運動記憶の定着に及ぼす影響 (2017)
  • Author(s): 小笠原東洋，武見充晃，野崎大地
  • Organizer: 第11回モーターコントロール研究会
• [Presentation] Dynamic cortical motor representation in common marmosets: changes in upper limb motor area in relation to the static lower limb positions (2016)
  • Author(s): Mitsuaki Takemi, Banty Tia, Akito Kosugi, Takafumi Nakamura, Elisa Castagnola, Alberto Ansaldo, Davide Ricci, Luciano Fadiga, Atsushi Iriki, Junichi Ushiba
  • Organizer: The 10th FENS forum of neuroscience
  • Place of Presentation: Copenhagen, Denmark
  • Year and Date: 2016-07-02
  • Int'l Joint Research