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A development of "brain training method" for improving athlete's visuomotor ability based on neuroscience findings

Research Project

Project/Area Number 20H04077
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 59020:Sports sciences-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

Shimegi Satoshi  大阪大学, 全学教育推進機構, 教授 (20271033)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 呉屋 良真  福岡大学, スポーツ科学部, 助教 (10879745)
青山 千紗  大阪大学, 大学院医学系研究科, 助教 (80823939)
小見山 高明  大阪大学, 全学教育推進機構, 講師 (20827688)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2020: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
Keywords視覚運動 / 視覚情報処理 / 運動視 / 神経修飾物質 / ノルアドレナリン / 日間変動 / 運動技能 / 視覚刺激検出能 / 一次視覚野 / コントラスト感度 / セロトニン / 脳トレーニング / アスリート
Outline of Research at the Start

神経科学(脳科学)の発展は、日本に“脳ブーム”をもたらし、スポーツ領域でも“脳の強化でスポーツパフォーマンス向上”という魅力的な言葉が聞かれるようになったが、その多くは、効果の有無や科学的根拠が実証されておらず、作用機序や危険性の検討も不十分であり、パフォーマンスに負の影響を及ぼしかねない。そこで本研究では、神経科学の基礎研究の成果及び人工知能(AI)技術を最大限に活用して、球技系アスリートの視覚運動に寄与する視覚機能(運動視)を改善することで競技パフォーマンスを効果的かつ安全に向上させるトレーニング方法論の確立を目指す。

Outline of Final Research Achievements

By developing a continuous visual movement task that mimics a table tennis game, we found that (1) physical movement (visual movement) to hit a ball moving at high speed as well as saccade eye movement to look at the ball occurs, and (2) the visual information acquired after the saccade is completed could online correct the striking motion. In addition, we demonstrated that (3) the visuomotor performance of table tennis players fluctuates daily, and (4) the fluctuations in the visual function of the brain that processes ball movement information contribute to this. Context-dependent neuromodulation, which actively modulates brain functions according to the conditions in which animals are placed, is thought to be the cause of fluctuations in visual function. We found that (5) the visual responses in the early visual cortex are dynamically changed in a receptor-specific manner by neuromodulators such as noradrenaline.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

アスリートは、重要な場面で必ずしもベストパフォーマンスを発揮できるとは限らない。本研究により、競技中の視線行動および身体運動/眼球運動の発現と制御に寄与する脳の視覚情報処理がパフォーマンスに果たす役割およびその重要性が明らかになったことで、パフォーマンス改善の糸口が見出されたと言える。特に、脳内の特定の神経修飾物質が受容体特異的に視覚情報処理を修飾する神経メカニズムやその特性がニューロンレベルで明らかになったことで、ニューロンレベルでの最適化がスポーツパフォーマンスの改善につながる可能性が示され、脳へのアプローチによるスポーツパフォーマンス改善方略の重要な手掛かりが得られたと言える。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 6 results) Presentation (11 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Daily fluctuations in visual motion discriminability contribute to daily fluctuations in continuous visuomotor performance2022

    • Author(s)
      Takami Ayaka、Goya Ryoma、Aoyama Chisa、Komiyama Takaaki、Kawajiri Toshitaka、Shimegi Satoshi
    • Journal Title

      Frontiers in Sports and Active Living

      Volume: 4 Pages: 1-16

    • DOI

      10.3389/fspor.2022.1009763

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Spatial Accuracy of Predictive Saccades Determines the Performance of Continuous Visuomotor Action2022

    • Author(s)
      Aoyama Chisa、Goya Ryoma、Suematsu Naofumi、Kadota Koji、Yamamoto Yuji、Shimegi Satoshi
    • Journal Title

      Frontiers in Sports and Active Living

      Volume: 3 Pages: 1-11

    • DOI

      10.3389/fspor.2021.775478

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Acetylcholine from the nucleus basalis magnocellularis facilitates the retrieval of well-established memory2021

    • Author(s)
      Soma Shogo、Suematsu Naofumi、Sato Akinori Y、Tsunoda Keisuke、Bramian Allen、Reddy Anish、Takabatake Koki、Karube Fuyuki、Fujiyama Fumino、Shimegi Satoshi
    • Journal Title

      Neurobiology of Learning and Memory

      Volume: 183 Pages: 107484-107484

    • DOI

      10.1016/j.nlm.2021.107484

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Noradrenaline modulates neuronal and perceptual visual detectability via β-adrenergic receptor2021

    • Author(s)
      Tsunoda Keisuke、Sato Akinori Y.、Mizuyama Ryo、Shimegi Satoshi
    • Journal Title

      Psychopharmacology

      Volume: 238 Issue: 12 Pages: 3615-3627

    • DOI

      10.1007/s00213-021-05980-y

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The combination of acute exercise and eye closure has a synergistic effect on alpha activity2021

    • Author(s)
      Komiyama Takaaki、Goya Ryoma、Aoyama Chisa、Yokota Yusuke、Naruse Yasushi、Shimegi Satoshi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 1-10

    • DOI

      10.1038/s41598-021-99783-y

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Serotonin improves behavioral contrast sensitivity of freely moving rats2020

    • Author(s)
      Sato Akinori Y.、Tsunoda Keisuke、Mizuyama Ryo、Shimegi Satoshi
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: 15 Issue: 3 Pages: 1-11

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0230367

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 視覚運動反応に及ぼすヒト MT 野への経頭蓋直流電流刺激の効果2022

    • Author(s)
      嵯峨 瑞貴, 小見山 高明, 青山 千紗 , 七五三木 聡, 嵯峨 宣彦
    • Organizer
      第23回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会 (SI2022)
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      中里りく, 青山千紗, 小見山高明, 七五三木聡
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      第23回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会 (SI2022)
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      第23回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会 (SI2022)
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 野球の打者の選球眼に寄与する頭部及び眼球運動の役割と特性の解明2022

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      勝村亮太, 木村晃大, 中本浩揮, 七五三木聡
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      日本野球科学研究会第9回大会
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  • [Presentation] ボールを良く見ろ”を科学する2021

    • Author(s)
      七五三木聡
    • Organizer
      第26回日本バーチャルリアリティ学会大会
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      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 視覚運動におけるパフォーマンスと運動視能の関係2021

    • Author(s)
      高見采加、川尻敏孝、渡邊耕平、青山千紗、小見山高明、呉屋良真、七五三木聡
    • Organizer
      第76回日本体力医学会大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 連続視覚運動における視線行動の寄与2021

    • Author(s)
      渡邊耕平、高見采加、小見山高明、青山千紗、七五三木聡
    • Organizer
      第76回日本体力医学会大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 覚醒水準と運動視能の関係2021

    • Author(s)
      高見采加、渡邊耕平、青山千紗、七五三木聡
    • Organizer
      日本スポーツ心理学会 第48回大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 連続視覚運動における運動視能の寄与2021

    • Author(s)
      渡邊耕平、高見采加、 青山千紗、七五三木聡
    • Organizer
      日本スポーツ心理学会 第48回大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 運動視能のゆらぎが連続視覚運動パフォーマンスに与える影響2021

    • Author(s)
      髙見采加、青山千紗、渡邊耕平、川尻敏孝、小見山高明、七五三木聡
    • Organizer
      生理研研究会主催オンライン研究会「スポーツからみる 日常と非日常の神経生理学」
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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