Understanding adaptation process of human bodily movements in accordance with various task contexts by means of corticomuscular coherence

• Project/Area Number: 23K20370
• Project/Area Number (Other): 20H04091 (2020-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2020-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 59030:Physical education, and physical and health education-related
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 牛山 潤一 慶應義塾大学, 環境情報学部(藤沢), 教授 (60407137)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000); Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2020: ¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000)
• Keywords: 皮質－筋コヒーレンス / 視覚フィードバックゲイン / 一次運動野 / 脳波 / 筋電図 / コヒーレンス / 感覚運動統合 / 皮質ー筋コヒーレンス

Outline of Research at the Start

脳・神経系における情報処理過程を計算論的にモデリングする「計算論的神経科学」の枠組みを取り入れた実験パラダイムと，脳と身体の活動同期性を定量評価する皮質－筋コヒーレンスという「運動生理学」的な解析アプローチを融合し，脳－身体システムがどのように多様な“運動の文脈”に身体運動を適応させているのか，その情報処理過程の生理学的機序を明らかにすることを目的とする． 本研究の成果は，未だ概念の域を出ない「感覚運動統合」の基礎科学的理解を深化させるとともに，スポーツやリハビリテーション現場における神経筋機能評価の客観マーカーの提案や神経系トレーニング法の創造などへの寄与が期待される．

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は，脳－身体システムが運動を構成する多様なパラメーターの兼ね合い（=運動の『文脈』）に身体運動を適応させているのか，その情報処理過程の生理学的機序を，脳波と筋電図の相関を評価する「皮質－筋コヒーレンス（CMC）」と呼ばれる生理学的指標を駆使してあきらかにすることである．2023年度は，2022年度に構築した「（研究3）視覚フィードバックの差異がもたらす影響」に関するふたつの計測パラダイムを用いて，総計60名からデータを集積した． (1) 与えられる視覚フィードバックは同じであるにも関わらず，実際に要求される収縮強度が変化する視覚運動環境；（２）与えられる視覚フィードバックが変化するにも関わらず，実際に要求される収縮強度は同じ視覚運動環境，といった視覚環境が突然変化する実験系をふたつ構築した．その結果，(1)の環境では実際に要求される収縮強度に応じたCMCの変調が観察されたのに対して，(2)の環境では見た目上のターゲットに応じたCMCの変調はみられなかった．また，(1)(2)それぞれについて，試行のランダム化を排除したふたつの実験もおこなったが，視覚運動環境がオンラインで変化しないこのふたつの条件では，CMCの差異は観察されなかった．つまり，視覚運動環境が時々刻々と変化する環境においても，私たちの神経系は，CMCというメカニズムを駆使して，運動情報と体性感覚情報を統合させながら，運動中のオンラインな筋活動制御を実現していることが示唆された．こうした成果に関連して，2023年度は第17回Motor Control研究会においては3演題もの研究発表ができるほど内容は充実した．これらの成果をとりまとめた内容にて国際会議発表が2024年6月に内定しているほか，原著論文についても現在国際学術誌にて査読中である．

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] 脳と身体の相互コミュニケーションを探る －皮質－筋コヒーレンス解析－ (2023)
  • Author(s): 牛山潤一
  • Journal Title: 体育の科学 Volume: 73 (2) Pages: 135-139
• [Journal Article] Motor context modulating neural communication between the cortex and muscle (2022)
  • Author(s): Ushiyama J
  • Journal Title: Advances in Exercise and Sports Physiology Volume: 28(2) Pages: 33-37
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Gymnasts' Ability to Modulate Sensorimotor Rhythms During Kinesthetic Motor Imagery of Sports Non-specific Movements Superior to Non-gymnasts (2021)
  • Author(s): Sugino H & Ushiyama J
  • Journal Title: Frontiers in Sports and Active Living Volume: 3 Pages: 1-11
  • DOI: 10.3389/fspor.2021.757308
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Context-Dependent Modulation of Corticomuscular Coherence in a Series of Motor Initiation and Maintenance of Voluntary Contractions (2020)
  • Author(s): Suzuki R & Ushiyama J
  • Journal Title: Cerebral Cortex Communications Volume: 1 Issue: 1 Pages: 1-14
  • DOI: 10.1093/texcom/tgaa074
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 視覚運動環境の変化における皮質－筋の同期活動を用いた運動制御 (2023)
  • Author(s): 市川万里子、牛山潤一
  • Organizer: 第17回Motor Control研究会
• [Presentation] Individual Difference in Temporal Relation between Corticomuscular Coherence and Event-related Desynchronization during Intermittent Contractions (2023)
  • Author(s): 周景、牛山潤一
  • Organizer: 第17回Motor Control研究会
• [Presentation] 神経活動 のバーストに基づく皮質ー筋間の 情報伝達機序の検討 (2023)
  • Author(s): 出利葉拓也、周景、牛山潤一
  • Organizer: 第17回Motor Control研究会
• [Presentation] Neural communication between the cortex and muscle for human motor control (2022)
  • Author(s): Ushiyama J
  • Organizer: The International Society of Electrophysiology and Kinesiology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 脳と筋の相互コミュニケーションを変調させる『文脈』 (2021)
  • Author(s): 牛山潤一
  • Organizer: 第29回日本運動生理学会大会（シンポジウム5「運動の『文脈』を考慮した運動制御・学習研究の新展開」）
  • Invited