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Does the function in the spinal locomotor circuitry determine the sprint ability in sports athletes?

Research Project

Project/Area Number 18K10861
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 59020:Sports sciences-related
Research InstitutionNihon University

Principal Investigator

Kawai Kazutake  日本大学, スポーツ科学部, 教授 (50214581)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 西村 幸男  公益財団法人東京都医学総合研究所, 認知症・高次脳機能研究分野, プロジェクトリーダー (20390693)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords脊髄歩行中枢 / 経脊椎磁気刺激 / 刺激強度 / 歩行様運動 / 脊髄機能地図 / 磁気刺激 / 競技種目特性 / 走パフォーマンス / トレーナビリティ
Outline of Final Research Achievements

In order to elucidate the sprint ability of athletes from a neurophysiological point of view, we firstly aimed to clarify the mechanism by which the neural circuitry of the spinal locomotor center is activated. We demonstrated that Transvertebral magnetic stimulation (TVMS) is capable of inducing multi-patterned locomotor-like behavior by changing stimulus intensity, and that walking-like behavior requires higher stimulus intensity than hopping-like behavior. These results imply existing distinct modules for hopping and walking in human spinal cord.
Using same method, we compared spinal cord function maps that identified areas where walking-like movements were induced by stimulating 18 lumbar areas in athletes, and elucidated the effect of sports experience on sprint ability.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年、脊髄損傷後に損傷を免れた腰髄を硬膜外から電気刺激することで歩行機能を再建できる治療法が開発された。これには侵襲的に刺激電極を埋め込むため、軽度歩行障害の治療法には適さず、非侵襲的な方法が期待されていた。
本研究の目的は、経脊椎磁気刺激を用いて非侵襲的に歩行様運動を誘発するために必要な刺激強度を調べることにより、脊髄歩行中枢の神経回路が賦活されるメカニズムを明らかにするとともに、運動の習慣や介入によるこの神経回路への影響を検証することである。この目的が達成されるならば、本刺激法は、腰髄にある脊髄歩行中枢を賦活することができ、脊髄損傷等の歩行不全に対する革新的なリハビリテーション法になりうる。

Report

(4 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] ヒト脊髄歩行中枢の入力出力関係2019

    • Author(s)
      河合一武 田添歳樹 彼末一之 西村幸男
    • Journal Title

      スポーツ科学研究

      Volume: 16 Pages: 49-61

    • NAID

      120006891844

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Activation of human spinal locomotor circuitry using transvertebral magnetic stimulation2021

    • Author(s)
      Kazutake Kawai, Toshiki Tazoe, Kazuyuki Kanosue, Yukio Nishimura
    • Organizer
      第44回日本神経科学大会 / CJK第1回国際会議
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 経脊椎磁気刺激法によるヒトのロコモーションを生成する神経回路の駆動2020

    • Author(s)
      河合一武、田添歳樹、彼末一之、西村幸男
    • Organizer
      日本生理学会 第97回大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Activation of human spinal locomotor circuitry using transvertebral magnetic stimulation2019

    • Author(s)
      Kazutake Kawai, Toshiki Tazoe, Kazuyuki Kanosue, Yukio Nishimura
    • Organizer
      第97回日本生理学会大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 経脊椎磁気刺激による脊髄歩行中枢駆動の刺激強度特性2018

    • Author(s)
      河合一武、田添歳樹、彼末一之、西村幸男
    • Organizer
      次世代脳2018冬シンポジウム
    • Related Report
      2018 Research-status Report

URL: 

Published: 2018-04-23   Modified: 2022-01-27  

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