Development of tDCS method for improvement of muscle endurance performance

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K17821
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 齋藤 輝 東京大学, 大学院総合文化研究科, 特別研究員 (90758591)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 筋電図 / 経頭蓋直流刺激 / 筋疲労

Outline of Annual Research Achievements

経頭蓋直流刺激は中枢神経回路の興奮レベルを変調させることができる手法であり、経頭蓋直流刺激が骨格筋の疲労を軽減させる効果があることが示唆されてきた。しかしながら、その神経メカニズムは明らかにされていない。本研究の目的は、経頭蓋直流刺激が骨格筋の持久的パフォーマンスに及ぼす影響とその神経メカニズムを明らかにすることであった。
2年目にあたる本年度では、経頭蓋直流刺激が第一背側骨間筋の筋持久力および皮質脊髄路興奮性に与える影響についての実験および脊髄反射を誘発する実験手法の確認を行った。実験では、被験者10名に対して経頭蓋直流刺激が筋収縮持続時間および皮質脊髄路興奮性に与える影響を調べ、疑似刺激条件と比較した。経頭蓋直流刺激を与えても、筋収縮継続時間は疑似刺激条件と比べて有意に増加しなかった。疲労困憊直後における第一背側骨間筋の皮質脊髄路興奮性は疲労前と比較して低下していた。
次に、被験者2名に対して、経頭蓋直流刺激が持続的な筋収縮中における皮質脊髄路興奮性の変調に与える影響を調べる実験を行った。経頭蓋直流刺激の後、1分ごとに皮質脊髄路興奮性を計測したところ、皮質脊髄路興奮性に経頭蓋直流刺激の影響は見られなかったものの、経頭蓋直流刺激を与えると第一背側骨間筋の筋活動が増大する傾向が観察された。
また、末梢神経刺激法により第一背側骨間筋から脊髄反射を誘発する予備実験も進め、十分な精度で脊髄反射を誘発できることを確認した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

経頭蓋直流刺激が第一背側骨間筋の筋持久力と皮質脊髄路興奮性の変調に与える影響ついて検討したところ、仮説に反して、経頭蓋直流刺激は筋持久力を向上させなかった。そこで、持続的な筋収縮中の皮質脊髄路興奮性の変調についても評価することにした。この研究計画の変更により、研究手法の開発という目標まで研究は進捗していないが、新たな研究課題が生まれたため、現在の研究計画の遂行状況でも十分な成果が得られると判断している。

Strategy for Future Research Activity

経頭蓋直流刺激が筋持久力に与える影響について検討したが、仮説に反して、経頭蓋直流刺激は筋持久力を向上させなかった。そのため、研究計画を見直して、新たな研究を実行している。今後は10名以上の被験者を募集して実験を進めていく方針である。さらに、経頭蓋直流刺激が脊髄反射回路に与える影響についても評価する必要があると考えており、その研究も並行して進めていく予定である。

Causes of Carryover

研究代表者の異動に伴い、一時的に実験を中止したため、人件費および謝金を次年度に繰り越す計画とした。

Research Products

• [Journal Article] Age-related changes in muscle volume and intramuscular fat content in quadriceps femoris and hamstrings (2020)
  • Author(s): Hioki, M., Kanehira, N., Koike, T., Saito, A., Shimaoka, K., Sakakibara, H., Oshida, Y., Akima, H.
  • Journal Title: Experimental Gerontology Volume: 132 Pages: 110834
  • DOI: 10.1016/j.exger.2020.110834.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Repeatability of spinal reflexes of lower limb muscles evoked by transcutaneous spinal cord stimulation (2019)
  • Author(s): Saito, A., Masugi, Y., Nakagawa, K., Obata, H., Nakazawa, K.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 14 Pages: e0214818
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0214818.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 下肢筋群の主働筋と拮抗筋活動時の皮質脊髄路と脊髄反射経路の興奮性の変調 (2019)
  • Author(s): 齋藤輝, 中川剣人, 一寸木洋平, 中澤公孝
  • Organizer: 第74回日本体力医学会
• [Presentation] Muscle-specific modulation of motor evoked potentials and spinal reflexes of agonist and antagonist muscles during voluntary contraction (2019)
  • Author(s): Saito, A., Nakagawa, K., Masugi, Y., Nakazawa, K.
  • Organizer: 24th annual Congress of the European College of Sport Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electromyostimulation induced changes in intramyocellular lipid of vastus lateralis in older adults (2019)
  • Author(s): Hioki, M., Kanehira, N., Koike, T., Saito, A., Takahashi, H., Shimaoka, K., Sakakibara, H., Oshida, Y., Akima, H.
  • Organizer: The 66th Annual Meeting of the American College of Sports Medicine
  • Int'l Joint Research