Improvement of sprint performance by boosting somatosensory afferents

• Project/Area Number: 18K10916
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 59020:Sports sciences-related
• Research Institution: Sagami Women's Junior College
• Principal Investigator: Sasada Syusaku 相模女子大学短期大学部, その他部局等, 准教授 (80624824)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2019: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 中枢性疲労 / スプリントパフォーマンス / 反射 / 直流電気刺激 / サイクリングパワー / ニューロモジュレーション / 連発電気刺激

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study was to reduce the degradation of sprint performance attributed to fatigue by boosting somatosensory afferents. Repetitive electrical stimulation was applied to the common peroneal nerve (CPN) to artificially boost the dorsiflexor afferent from the ankle joint. Subjects performed three sets of maximum sprint cycling (10 s each) with and without repetitive CPN stimulation. The average power was significantly higher in sets with repetitive stimulation compared to sets without stimulation. The improvement was attributed to a smaller decrease in power in the third cycling set. Maximum power was not improved by the stimulation. In addition, the reflex response in the knee extensor following CPN stimulation was increased by direct current stimulation of the lumbar spinal cord.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で得た人工的な体性感覚の増強によるスプリントパワーの改善は、100ｍ走等のスプリント運動を必要とするアスリートのパフォーマンスを向上させるという点で、スポーツ現場に高い貢献が期待される。また、脊髄への直流電気刺激と組み合わせることで、さらなるパフォーマンスの向上が期待できる。一方、これらの刺激によるパフォーマンス改善は、脳や脊髄が筋の能力を完全に使い切れていない事を意味する。これらの研究成果が発展することで、疲労のメカニズムや潜在能力を引き出すトレーニング方法開発につながる可能性がある。

Research Products

• [Journal Article] Transcranial direct current stimulation of primary motor cortex modulates post-contraction potentiation (2021)
  • Author(s): Tomoya Ishii, Syusaku Sasada, Shinya Suzuki, Tomoyoshi Komiyama
  • Journal Title: The Journal of Physical Fitness and Sports Medicine Volume: 10 Issue: 1 Pages: 13-23
  • DOI: 10.7600/jpfsm.10.13
  • NAID: 130007967772
  • ISSN: 2186-8123, 2186-8131
  • Year and Date: 2021-01-25
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Arm cycling increases the short-latency reflex from ankle dorsiflexor afferents to knee extensor muscles. (2021)
  • Author(s): Sasada S, Tazoe T, Nakajima T, Omori S, Futatsubashi G, Komiyama T
  • Journal Title: Journal of Neurophysiology Volume: 125 Issue: 1 Pages: 110-119
  • DOI: 10.1152/jn.00299.2020
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Differential effects of transcranial direct current stimulation on sprint and endurance cycling (2020)
  • Author(s): Syusaku Sasada, Takashi Endoh, Tomoya Ishii, Kazuma Kawashima, Shuta Sato, Akifumi Hayashi, Tomoyoshi Komiyama
  • Journal Title: Translational Sports Medicine Volume: 3 Issue: 3 Pages: 204-212
  • DOI: 10.1002/tsm2.129
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 直流電気刺激によるサイクリングパフォーマンスの改善 (2020)
  • Author(s): 笹田周作、小宮山伴与志
  • Journal Title: 体育の科学 Volume: 70 Pages: 800-805
• [Presentation] 試験収縮強度の違いが筋収縮増強の効果に及ぼす効果 (2020)
  • Author(s): 石井智也、笹田周作、小宮山伴与志
  • Organizer: 第78回日本体力医学会大会
• [Presentation] 継続的な運動の有無に応じた経頭蓋直流電気刺激による 全力踏み台昇降運動パフォーマンスの改善 (2019)
  • Author(s): 笹田周作, 石井 智也, 小宮山伴与志
  • Organizer: 第27回日本運動生理学会
• [Presentation] 継続的な運動の有無に応じた経頭蓋直流電気刺激による 全力踏み台昇降運動パフォーマンスの改善 (2019)
  • Author(s): 笹田周作, 石井 智也, 小宮山伴与志
  • Organizer: 第7回スポーツ健康科学学会
• [Presentation] 脊髄直流電気刺激による刺激条件依存的な持久性サイクリングの疲労軽減 (2019)
  • Author(s): 笹田周作, 川島和真, 戸村文, 石井智也, 小宮山伴与志
  • Organizer: 第74回日本体力医学会
• [Presentation] 脊髄直流電気刺激による 不随意なサイクリングケイデンスの上昇 (2018)
  • Author(s): 笹田周作、石井智也、遠藤隆志、小宮山伴与志
  • Organizer: 第26回日本運動生理学会
• [Presentation] 脊髄直流電気刺激による不随意なサイクリング回転数の上昇 (2018)
  • Author(s): 笹田周作、石井智也、遠藤隆志
  • Organizer: 第6回スポーツ健康科学学会
• [Presentation] 脊髄直流電流刺激による サイクリング位相依存的な皮膚反射の修飾 (2018)
  • Author(s): 笹田周作、石井智也、遠藤隆志、中島剛、小宮山伴与志
  • Organizer: 第73回日本体力医学会
• [Presentation] Involuntary changes in leg cycling cadence following transcutaneous spinal direct current stimulation (2018)
  • Author(s): S SASADA. T YAMAGUCHI, T ISHII, T NAKAJIMA, T ENDOH, T KOMIYAMA
  • Organizer: Society for Neuroscience 2018
  • Int'l Joint Research