運動疲労時における中枢制御機構の統合的解明

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23300241
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Osaka City University
• Principal Investigator: 田中 雅彰 大阪市立大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (60382199)
• Keywords: スポーツ生理学 / 疲労

Research Abstract

本研究の目的は、運動疲労時の中枢神経系における運動制御機構を統合的に解明することである。平成20～22年度基盤研究（C）「運動疲労時における中枢制御機構の解明」において脳における抑制系システムの存在を証明してきたが、本研究ではさらに進めて脳機能イメージング手法を駆使して系統的に実験を行い、運動疲労時の中枢神経系における動作制御機構を統合的に解明する。本年度は、健常被験者を対象として、運動による疲労困憊状態を、古典的に条件付けさせる実験を行い、運動疲労時の運動野に対する抑制系システムの神経基盤を明らかにした。
抑制系の脳活動を引き起こす無条件刺激として右手によるハンドグリップの最大把握を、条件付け刺激としてメトロノーム音を使用した。条件付け前（初日）後（2日目）における、メトロノーム音によって導かれる右手の最大把握のイメージの間の脳活動を、MEGを用いて評価した。2日目の疲労感および交感神経活動は1日目のそれらと比較して高く、条件付けが成功したことを示唆している。また、等価双極子による評価では、後帯状回（PCC）において、条件付け後およそ460 msの潜時で、すべての参加者で活動が観察されたものの、1日目では1人の参加者しか観察されず、統計学的に有意な差を認めた。加えて、周波数解析を用いた検討では、背側前頭前野（DLPFC）が抑制条件で有意に活動し、その程度は主観的疲労感や交感神経系の活動低下と相関を認めた。以上より、抑制系システムは古典的に条件付けさせることが可能であり、 PCCおよびDLPFCが抑制系システムの神経基盤として中心的な役割を有していることを示している。
本研究の成果は運動疲労時の中枢神経系における動作制御機構解明にとって重要な知見であると同時に、急性疲労から慢性疲労に至るメカニズムの解明、さらには、慢性疲労対処方策開発の糸口になる意義深いものであると考えられる。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度は、健常被験者を対象として、運動による疲労困憊状態を、古典的に条件付けさせる実験を行い、運動疲労時の運動野に対する抑制系システムの神経基盤を、MEGを用いて明らかにした点で、おおむね順調に進展していると判断できる。

Strategy for Future Research Activity

平成24年度は、健常被験者を対象として、意欲操作課題遂行後に身体的労作を想起させる実験を行い、運動疲労時の意欲の神経基盤を明らかにする。また、平成25年度は、健常被験者を対象として、ストレス・精神的疲労負荷課題遂行後に身体的労作を想起させる実験を行い、運動疲労時におけるストレス・精神的疲労の中枢神経系動作制御機構に対する影響を明らかにする。

Research Products

• [Journal Article] Autonomic nervous alterations associated with daily level of fatigue. (2011)
  • Author(s): Tanaka, M., Mizuno, K., Yamaguti, K., Kuratsune, H., Fujii, A., Baba, H., Matsuda, K., Nishimae, A., Takesaka, T., Watanabe, Y.
  • Journal Title: Behav Brain Funct Volume: 7 Pages: 46
  • DOI: 10.1186/1744-9081-7-46.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Central inhibition regulates motor output during physical fatigue. (2011)
  • Author(s): Tanaka, M., Shigihara, Y., Watanabe, Y.
  • Journal Title: Brain Res Volume: 1412 Pages: 37-43
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2011.07.021.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Gustatory imagery reveals functional connectivity from the prefrontal to insular cortices traced with magnetoencephalography. (2011)
  • Author(s): Kobayashi, M., Sasabe, T., Shigihara, Y., Tanaka, M., Watanabe, Y.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 6 Pages: 21736
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0021736.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Low visual information-processing speed and attention are predictors of fatigue in elementary and junior high school students. (2011)
  • Author(s): Mizuno, K., Tanaka, M., Fukuda, S., Yamano, E., Shigihara, Y., Imai-Matsumura, K., Watanabe, Y.
  • Journal Title: Behav Brain Funct Volume: 7 Pages: 20
  • DOI: 10.1186/1744-9081-7-20.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mental fatigue caused by prolonged cognitive load associated with sympathetic hyperactivity. (2011)
  • Author(s): Mizuno, K., Tanaka, M., Yamaguti, K., Kajimoto, O., Kuratsune, H., Watanabe, Y.
  • Journal Title: Behav Brain Funct Volume: 7 Pages: 17
  • DOI: 10.1186/1744-9081-7-17.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Neural compensation mechanisms to regulate motor output during physical fatigue. (2011)
  • Author(s): Tanaka, M., Watanabe, Y.
  • Journal Title: Brain Res Volume: 1935 Pages: 46-52
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2011.04.041.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Relationship between cognitive functions and prevalence of fatigue in elementary and junior high school students. (2011)
  • Author(s): Mizuno, K., Tanaka, M., Fukuda, S., Imai-Matsumura, K., Watanabe, Y.
  • Journal Title: Brain Dev Volume: 33 Pages: 470-479
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2010.08.012.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Central regulation of physical fatigue via mirror visual feedback. (2011)
  • Author(s): Tsutsumi, K., Tanaka, M., Shigihara, Y., Watanabe, Y.
  • Journal Title: Eur J Sport Sci Volume: 11 Pages: 171-175
  • DOI: Eur J Sport Sci
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Changes in cognitive functions of students in the transitional period from elementary school to junior high school. (2011)
  • Author(s): Mizuno, K., Tanaka, M., Fukuda, S., Sasabe, T., Imai-Matsumura, K., Watanabe, Y.
  • Journal Title: Brain Dev Volume: 33 Pages: 412-420
  • DOI: 10.1016/j.braindev.2010.07.005.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Relationship between cognitive function and prevalence of decrease in intrinsic academic motivation in adolescents. (2011)
  • Author(s): Mizuno, K., Tanaka, M., Fukuda, S., Imai-Matsumura, K., Watanabe, Y.
  • Journal Title: Behav Brain Funct Volume: 7 Pages: 4
  • DOI: 10.1186/1744-9081-7-4.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Use of positron emission tomography for the analysis of gastrointestinal drug absorption in human. (2011)
  • Author(s): Takashima, T., Shingaki, T., Tanaka, M., Shigihara, Y., Wada, Y., Kataoka, M., Sugiyama, Y., Yamashita, S., Watanabe, Y.
  • Organizer: World Molecular Imaging Congress (WMIC) 2011
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 20110907-20110910
• [Presentation] 新規aromataseイメージングPETプローブ (2011)
  • Author(s): 高橋佳代、細谷孝充、尾上嘉代、長田浩子、土居久志、和田康弘、高島忠之、田村泰久、渡辺由美子、田中雅彰、石井聡、鈴木正昭、尾上浩隆、渡辺恭良
  • Organizer: 第6回日本分子イメージング学会総会・学術集会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場
  • Year and Date: 20110526-20110526
  • Invited
• [Presentation] 脳磁図解析により新しく発見した疲労の神径メカニズム (2011)
  • Author(s): 田中雅彰、鴫原良仁、石井聡、山野恵美、渡辺恭良
  • Organizer: 第7回日本疲労学会総会・学術集会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 20110521-20110521
  • Invited