多様な文脈に応じた身体運動の適応過程を皮質－筋コヒーレンスから解明する

• 研究課題/領域番号: 23K20370
• 補助金の研究課題番号: 20H04091 (2020-2023)
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 基金 (2024); 補助金 (2020-2023)
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分59030:体育および身体教育学関連
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 牛山 潤一 慶應義塾大学, 環境情報学部(藤沢), 教授 (60407137)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 採択後辞退 (2024年度)
• 配分額: 18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円); 2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2023年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2020年度: 10,660千円 (直接経費: 8,200千円、間接経費: 2,460千円)
• キーワード: 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

研究開始時の研究の概要

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．

研究実績の概要

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．

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: 牛山潤一
  • 雑誌名: 体育の科学 巻: 73 (2) ページ: 135-139
• [雑誌論文] Motor context modulating neural communication between the cortex and muscle (2022)
  • 著者名/発表者名: Ushiyama J
  • 雑誌名: Advances in Exercise and Sports Physiology 巻: 28(2) ページ: 33-37
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gymnasts' Ability to Modulate Sensorimotor Rhythms During Kinesthetic Motor Imagery of Sports Non-specific Movements Superior to Non-gymnasts (2021)
  • 著者名/発表者名: Sugino H & Ushiyama J
  • 雑誌名: Frontiers in Sports and Active Living 巻: 3 ページ: 1-11
  • DOI: 10.3389/fspor.2021.757308
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Context-Dependent Modulation of Corticomuscular Coherence in a Series of Motor Initiation and Maintenance of Voluntary Contractions (2020)
  • 著者名/発表者名: Suzuki R & Ushiyama J
  • 雑誌名: Cerebral Cortex Communications 巻: 1 号: 1 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1093/texcom/tgaa074
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 市川万里子、牛山潤一
  • 学会等名: 第17回Motor Control研究会
• [学会発表] Individual Difference in Temporal Relation between Corticomuscular Coherence and Event-related Desynchronization during Intermittent Contractions (2023)
  • 著者名/発表者名: 周景、牛山潤一
  • 学会等名: 第17回Motor Control研究会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 出利葉拓也、周景、牛山潤一
  • 学会等名: 第17回Motor Control研究会
• [学会発表] Neural communication between the cortex and muscle for human motor control (2022)
  • 著者名/発表者名: Ushiyama J
  • 学会等名: The International Society of Electrophysiology and Kinesiology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 脳と筋の相互コミュニケーションを変調させる『文脈』 (2021)
  • 著者名/発表者名: 牛山潤一
  • 学会等名: 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」）
  • 招待講演