脳による運動時の循環調節機構の解明と加齢・運動介入の影響

Research Project

Project/Area Number	24K20656
Research Category	Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Basic Section 59030:Physical education, and physical and health education-related
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	浅原亮太国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究員 (90847584)
Project Period (FY)	2024-04-01 – 2027-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help	¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000) Fiscal Year 2026: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000) Fiscal Year 2025: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000) Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Keywords	脳 / 運動 / 循環調節 / 加齢 / 運動介入
Outline of Research at the Start	運動開始時に非常に速い反応時間で生じる循環応答は、脳内メカニズムにより制御される。脳による循環調節が不十分であると、活動筋への酸素供給が遅れ、運動耐用能の低下を招く。高齢者では、脳内メカニズムが変化することで、循環応答が減弱し、運動耐用能が低下する可能性がある。これらの仮説を検証するためには、高い空間分解能・時間解像度による脳活動計測と循環応答の同時計測、が必要である。本研究では、脳の「神経活動」と「循環応答」の統合的な評価により、運動時の循環調節を担う脳内メカニズムの解明(課題1)、脳内メカニズムと循環調節機能の関係が加齢(課題2)や運動介入(課題3)により変化するのか検討する。
Outline of Annual Research Achievements	本研究は、運動時における循環応答を制御する脳内メカニズムを明らかにするとともに、加齢や運動介入がその制御機構に与える影響を解明することを目的としている。当該年度は、運動時の脳の機能的ネットワークと循環調節機能との関係を探るため、日常生活で行われるような大筋群運動（歩行やランニング）中における脳活動と循環器機能を同時計測可能な実験系を構築し、健常若年者におけるデータ収集を開始した。具体的には、実験系の構築として、被験者の自然な動作を妨げることなく、ストレスなく脳活動計測（脳活動に伴い生じる酸素化ヘモグロビン動態変化）が可能なウェアラブル近赤外分光計（NIRS）を用い、前頭前野や運動関連領域など複数の脳部位から酸素化ヘモグロビン動態を記録した。さらに、心拍数や動脈血圧などの循環器指標をリアルタイムで同時計測できるシステムを整備し、脳と循環器系の信号を時系列的に捉える環境を構築した。加えて、NIRSプローブの頭部上における三次元位置情報を取得することで、脳活動計測における空間的な再現性を高く保つことを可能とした。本研究では、同じ被験者に対して、複数日にわたってデータ収集を行う計画を含んでいることから、この三次元位置計測は欠かせない実験環境であった。これら整備した実験環境を使用し、複数人の健常若年者から、歩行やランニング運動時のデータ収集を開始しており、再現性の確認を進めている。本研究により、身体運動中の脳-循環器連関の解明が進むことで、将来的には、加齢による循環調節機能低下の早期発見や、運動による脳・循環系の可塑的変化の指標の確立につながることが期待される。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 当該年度の当初計画では、運動時における脳の機能的ネットワークと循環調節機能の関係を明らかにすることを目的に、日常で行われる大筋群動作時に脳活動と循環器機能を同時計測する実験系を構築し、健常若年者約10名から、歩行やランニング運動時の脳活動、循環機能計測を行う予定であった。実験系の構築に関しては、ウェアラブルNIRSを用いた脳活動計測、心拍数、血圧などの循環器機能を同時計測できる実験環境を構築し、これに加えて、NIRSプローブの頭部上における三次元位置情報を取得する環境を構築し、脳活動計測における空間的な再現性を高く保つことが可能となった。このように、実験環境の構築は、計画通りに進めることができたが、データ収集に関しては、実験環境の構築に時間を要したことから、複数人の健常若年者の予備データ収集に留まっている。そのため、現在までの進捗状況としては、やや遅れていると判断した。
Strategy for Future Research Activity	次年度以降は、初年度に構築した実験系を使い、健常若年者のデータ収集を加速させる。データ収集と並行して解析を進め、早期に学会発表、誌上発表を目指す。