運動疲労時における中枢制御機構の統合的解明

2012 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23300241
• 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)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2014-03-31
• Keywords: 身体的疲労 / パフォーマンス / 脳磁図 / 古典的条件付け / 背側前頭前野

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、疲労・抑制系システム・意欲・ストレスの観点から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た状態で惹起し、運動疲労時の運動野に対する促進システムの神経基盤を明らかにした。
12人の右利きのボランティアを対象とした脳磁図（MEG）研究を実施した。身体的疲労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。条件付け後における、10分の間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、金銭的報酬の有無による脳活動の違いを、MEGを用いて評価した。意欲有り条件では、無し条件に比し、感覚運動野や背側前頭前野の脳活動が高く、さらに、感覚運動野の活動は背側前頭前野のそれと正の相関を認めた。このことは、背側前頭前野が、意欲により、感覚運動野の活動を賦活したこと、すなはち、促進システムにおいて中心的な役割を有していることを示唆している。
昨年度の研究で、背側前頭前野は抑制システムにおいて中心的な役割を有していることを示しており、本年度の研究成果と合せて、背側前頭前野のパフォーマンス制御の主要な脳部位であることを明らかにした。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、慢性疲労病態解明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た状態で意欲を賦活させ、運動疲労時の運動野に対する促進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23年度は、健常被験者を対象として、古典的条件付け手法を用いて身体的労作を想起させる実験を行い、運動疲労時の抑制の神経基盤を明らかにし、平成24年度は、健常被験者を対象として、意欲操作をした状態で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した。平成25年度は、これらの知見を基盤として、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] Fatigue-recovering effect of a house designed with open space. (2013)
  • Author(s): Tanaka, M., Yamada, H., Nakamura, T., Ishii, A., Watanabe, Y.
  • Journal Title: Explore (NY) Volume: 9(2) Pages: 82-86
  • DOI: 10.1016/j.explore.2012.12.006.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Two different types of mental fatigue produce different styles of task performance. (2013)
  • Author(s): Shigihara, Y., Tanaka, M., Ishii, A., Tajima, S., Kanai, E., Funakura, M., Watanabe, Y.
  • Journal Title: Neurol Psychiatr Brain Res Volume: 9(1) Pages: 5-11
  • DOI: 10.1016/j.npbr.2012.07.002.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Two types of mental fatigue affect spontaneous oscillatory brain activities in different ways. (2013)
  • Author(s): Shigihara, Y., Tanaka, M., Ishii, A., Kanai, E., Funakura, M., Watanabe, Y.
  • Journal Title: Behav Brain Funct Volume: 9(1) Pages: 2
  • DOI: 10.1186/1744-9081-9-2.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Risk-management syndrome. (2012)
  • Author(s): Tanaka, M., Watanabe, Y.
  • Journal Title: Int J Psychiatry Clin Pract Volume: 16(4) Pages: 312-315
  • DOI: 10.3109/13651501.2011.653378.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Supraspinal regulation of physical fatigue. (2012)
  • Author(s): Tanaka, M., Watanabe, Y.
  • Journal Title: Neurosci Biobehav Rev Volume: 36(1) Pages: 727-734
  • DOI: 10.1016/j.neubiorev.2011.10.004.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cognitive dysfunction in elderly females with depressive symptoms. (2012)
  • Author(s): Tanaka, M., Ishii, A., Yamano, E., Ogikubo, H., Okazaki, M., Kamimura, K., Konishi, Y., Emoto, S., Watanabe, Y.
  • Journal Title: Med Sci Monit Volume: 18(12) Pages: 706-711
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Impaired selective attention caused by mental fatigue. (2012)
  • Author(s): Tanaka, M., Ishii, A., Shigihara, Y., Tajima, S., Funakura, M., Kanai, E., Watanabe, Y.
  • Journal Title: J Neurol Sci (Turkish) Volume: 29(3) Pages: 542-553
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Validation of the Japanese version of the power of food scale in a young adult population. (2012)
  • Author(s): Yoshikawa, T., Orita, K., Watanabe, Y., Tanaka, M.
  • Journal Title: Psychol Rep Volume: 111(1) Pages: 253-265
  • DOI: 10.2466/08.02.06.15.PR0.111.4.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of mental fatigue on the central nervous system: an electroencephalography study. (2012)
  • Author(s): Tanaka, M., Shigihara, Y., Ishii, A., Funakura, M., Kanai, E., Watanabe, Y.
  • Journal Title: Behav Brain Funct Volume: 8(1) Pages: 48
  • DOI: 10.1186/1744-9081-8-48.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of a human-type communication robot on cognitive function in elderly females living alone. (2012)
  • Author(s): Tanaka, M., Ishii, A., Yamano, E., Ogikubo, H., Okazaki, M., Kamimura, K., Konishi, Y., Emoto, S., Watanabe, Y.
  • Journal Title: Med Sci Monit Volume: 18(9) Pages: 550-559
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The neural substrates associated with attentional resources and difficulty of concurrent processing of the two verbal tasks. (2012)
  • Author(s): Mizuno, K., Tanaka, M., Tanabe, H.C., Sadato, N., Watanabe, Y.
  • Journal Title: Neuropsychologia Volume: 50(8) Pages: 1998-2009
  • DOI: 10.1016/j.neuropsychologia.2012.04.025.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Changes in reaction time, coefficient of variance of reaction time, and autonomic nerve function in the mental fatigue state caused by long-term computerized Kraepelin test workload in healthy volunteers. (2012)
  • Author(s): Kuratsune, D., Tajima, S., Koizumi, J., Yamaguti, K., Sasabe, T., Mizuno, K., Tanaka, M., Okawa, N., Mito, H., Tsubone, H., Watanabe, Y., Inoue, M., Kuratsune, H.
  • Journal Title: World J Neurosci Volume: 2(2) Pages: 113-118
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of daily levels of fatigue and acutely induced fatigue on the visual evoked magnetic response. (2012)
  • Author(s): Shigihara, Y., Tanaka, M., Mizuno, K., Ishii, A., Yamano, E., Funakura, M., Kanai, E., Watanabe, Y.
  • Journal Title: Brain Res Volume: 1457 Pages: 44-50
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2012.03.056.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] PET imaging-based evaluation of hepatobiliary transport in humans with (15R)-11C-TIC-Me. (2012)
  • Author(s): Takashima, T., Kitamura, S., Wada, Y., Tanaka, M., Watanabe, Y, et al.
  • Journal Title: J Nucl Med Volume: 53(5) Pages: 741-748
  • DOI: 10.2967/jnumed.111.098681.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Neural substrates activated by viewing others expressing fatigue: revealed by magnetoencephalography. (2012)
  • Author(s): Ishii, A., Tanaka, M., Yamano, E., Watanabe, Y.
  • Journal Title: Brain Res Volume: 1455 Pages: 68-74
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2012.03.031.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fatigue-associated alterations of cognitive function and electroencephalographic power densities. (2012)
  • Author(s): Tanaka, M., Shigihara, Y., Funakura, M., Kanai, E., Watanabe, Y.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 7(4) Pages: 34774
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0034774.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Academic and family conditions associated with intrinsic academic motivation in Japanese medical students: a pilot study. (2012)
  • Author(s): Tanaka, M., Watanabe, Y.
  • Journal Title: Health Educ J Volume: 71(3) Pages: 358-364
  • DOI: 10.1177/0017896911401004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Association between lifestyle and school attendance in Japanese medical students: a pilot study. (2012)
  • Author(s): Tanaka, M., Watanabe, Y.
  • Journal Title: Health Educ J Volume: 71(2) Pages: 165-172
  • DOI: 10.1177/0017896910393788
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Imaging of gastrointestinal absorption and biodistribution of an orally administered probe using positron emission tomography in humans. (2012)
  • Author(s): Shingaki, T., Takashima, T., Wada Y, Tanaka, M., Kataoka, M., Ishii, A., Shigihara, Y., Sugiyama, Y., Yamashita, S., Watanabe, Y.
  • Journal Title: Clin Pharmacol Ther Volume: 91(4) Pages: 653-659
  • DOI: 10.1038/clpt.2011.267.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of pellet stove on recovery from mental fatigue. (2012)
  • Author(s): Tanaka, M., Yamada, H., Nakamura, T., Watanabe, Y.
  • Journal Title: Med Sci Monit Volume: 18(3) Pages: 148-153
  • Peer Reviewed
• [Presentation] The neural mechanisms of the phonemic restoration in people with normal hearing. (2013)
  • Author(s): Sunami, K., Ishii, A., Tanaka, M., Watanabe, Y., Sakasita, T., Yamamoto, H., Yamane, H.
  • Organizer: 36th MidWinter Meeting, Association for Research in Otolaryngology
  • Place of Presentation: Baltimore, USA
  • Year and Date: 20130216-20130220
• [Presentation] Neural substrates of central inhibition during physical fatigue. (2012)
  • Author(s): 田中雅彰、石井聡、山野恵美、渡辺恭良
  • Organizer: 第35回日本神経科学会大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 20120919-20120919
• [Presentation] Imaging brain aromatase in human with [11C]cetrozole. (2012)
  • Author(s): Takahashi, K., Hosoya, T., Takashima, T., Tanaka, M., Ishii, A., Nakatomi, Y., Tazawa, S., Takahashi, K., Doi, H., Watanabe, Y., Wada, Y., Suzuki, M., Onoe, H., Watanabe, Y.
  • Organizer: World Molecular Imaging Congress (WMIC) 2012
  • Place of Presentation: Dublin, Ireland
  • Year and Date: 20120905-20120908
• [Presentation] 慢性疲労の中枢神経系機構解明を目指した脳磁図研究 (2012)
  • Author(s): 田中雅彰、石井聡、山野恵美、渡辺恭良
  • Organizer: 第8回日本疲労学会総会・学術集会
  • Place of Presentation: 国立スポーツ科学センター
  • Year and Date: 20120602-20120602
  • Invited
• [Presentation] 脳磁図計測による疲労の中枢神経系メカニズムの解明 (2012)
  • Author(s): 石井聡、田中雅彰、山野恵美、渡辺恭良
  • Organizer: 第8回日本疲労学会総会・学術集会
  • Place of Presentation: 国立スポーツ科学センター
  • Year and Date: 20120602-20120602
  • Invited