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認知機能に有益な運動の本質とは?電気刺激併用による検証と新たな運動処方の確立

研究課題

研究課題/領域番号 23K24750
補助金の研究課題番号 22H03493 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
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
研究機関電気通信大学

研究代表者

安藤 創一  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (50535630)

研究分担者 田代 学  東北大学, 先端量子ビーム科学研究センター, 教授 (00333477)
藤本 敏彦  東北大学, 高度教養教育・学生支援機構, 准教授 (00229048)
岡本 孝信  日本体育大学, 体育学部, 教授 (40330518)
橋本 佑斗  日本体育大学, 体育研究所, 助教 (00896871)
須藤 みず紀  公益財団法人明治安田厚生事業団体力医学研究所, その他部局等, 研究員(移行) (10585186)
樽味 孝  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 上級主任研究員 (40825858)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2025年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2024年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2023年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2022年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
キーワード運動 / 脳 / 認知機能 / 電気刺激
研究開始時の研究の概要

適度な運動がヒトの認知機能に有益であることを示すエビデンスは溢れている.これまでの多くの研究にもかかわらず,なぜ運動が認知機能に有益な効果をもたらすのかについては十分には明らかになっていない.本研究は,骨格筋の収縮のみを引き起こすことが可能な電気刺激と随意運動,およびその組み合わせが生体にもたらす生理的応答を評価することで,“ヒトの認知機能に有益な効果をもたらす“運動の本質”の解明を目指すものである.

研究実績の概要

本年度は,研究課題である認知機能に有効な運動の本質を明らかにするための鍵となる研究成果を報告した.この研究では、脳の神経伝達物質であるドーパミンに着目し,ポジトロン断層法(positron emission tomography;PET)を用いて,運動による脳内のドーパミン遊離を検証した.併せて,運動中に認知課題(Go/No-Go課題)を行い,反応の速さを認知パフォーマンスの指標として評価し.脳内のドーパミン遊離と認知課題に対する反応の速さとの関係について検証した.PETを用いた実験から、一過性の有酸素運動により脳内でのドーパミン遊離がみられることを捉え、さらに運動によるドーパミンの遊離と認知課題に対する反応の速さとの間に有意な相関関係があることを明らかにした.次に,運動による認知パフォーマンスの向上を引き起こす要因の解明を試みるために,電気刺激を活用した下肢への骨格筋収縮による不随意運動誘発モデルを用いて,骨格筋の運動(筋収縮)に伴う生理的変化が運動による認知パフォーマンスの向上へ及ぼす影響を検証した.その結果,運動による認知課題に対するパフォーマンスの向上には、骨格筋の収縮に伴う生理的変化だけでは十分とは言い難く、随意運動に伴う脳内の神経活動が必要であることが示唆された。以上のことから、1回の有酸素運動による認知課題に対する反応の速さ、すなわち認知パフォーマンスの向上には脳内でのドーパミンが関係していること、さらに運動による認知パフォーマンスの向上には随意運動に伴う脳内での神経活動が必要であることが明らかになった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度の研究から得られた主な成果は以下の通りである.1)一過性の有酸素運動がもたらす認知パフォーマンスの向上(反応の速さの向上)の要因に脳内でのドーパミン遊離が関与することを示唆した,2)電気刺激による骨格筋の運動(不随意運動)にエルゴメーター運動(随意運動)を併用した実験から、運動による認知パフォーマンスの向上には随意運動に伴う脳内の神経活動が必要であることを示した.この他にも,低酸素環境下での人の認知機能に関する研究や骨格筋への電気刺激トレーニングの研究も行った.これらの研究成果は,ヨーロッパスポーツ科学会議や日本トレーニング科学会などの学会で発表を行うとともに,その一部は論文として公表した.

今後の研究の推進方策

本年度は一過性の運動による認知パフォーマンスの向上にドーパミンが関与するということを報告した.この世界初のデータは本研究課題において鍵となるものである.次年度も引き続き研究課題である認知機能に有効な運動の本質を探っていく計画である.次年度以降は,脳波や機能的磁気共鳴画像法(functional magnetic resonance imaging)などを用いた研究を行う計画である.併せて,骨格筋への電気刺激が生体にもたらす影響についても継続して検討する計画である.

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (40件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 6件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 9件) 学会発表 (27件) (うち国際学会 12件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University of Portsmouth/University of South Wales(英国)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Portsmouth(英国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] The neuromodulatory role of dopamine in improved reaction time by acute cardiovascular exercise.2024

    • 著者名/発表者名
      Ando S, Fujimoto T, Sudo M, Watanuki S, Hiraoka K, Takeda K, Takagi Y, Kitajima D, Mochizuki K, Matsuura K, Katagiri Y, Nasir FM, Lin Y, Fujibayashi M, Costello JT, McMorris T, Ishikawa Y, Funaki Y, Furumoto S, Watabe H, Tashiro M.
    • 雑誌名

      J Physiol.

      巻: 602 号: 3 ページ: 461-484

    • DOI

      10.1113/jp285173

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The effects of sleep deprivation, acute hypoxia, and exercise on cognitive performance: A multi-experiment combined stressors study2024

    • 著者名/発表者名
      Williams Thomas B、Badariotti Juan I、Corbett Jo、Miller-Dicks Matt、Neupert Emma、McMorris Terry、Ando Soichi、Parker Matthew O.、Thelwell Richard C.、Causer Adam J.、Young John S.、Mayes Harry S、White Danny K、de Carvalho Fl?via A、Tipton Michael J.、Costello Joseph T.
    • 雑誌名

      Physiology & Behavior

      巻: 274 ページ: 114409-114409

    • DOI

      10.1016/j.physbeh.2023.114409

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Eight-week neuromuscular electrical stimulation training produces muscle strength gains and hypertrophy, and partial muscle quality improvement in the knee extensors2023

    • 著者名/発表者名
      Akagi Ryota、Miyokawa Yusuke、Shiozaki Daigo、Yajima Yoshinari、Yamada Koki、Kano Kosuke、Hashimoto Yuto、Okamoto Takanobu、Ando Soichi
    • 雑誌名

      Journal of Sports Sciences

      巻: 41 号: 24 ページ: 2209-2228

    • DOI

      10.1080/02640414.2024.2318540

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Acute hypoxia impairs posterior cerebral bioenergetics and memory in man2023

    • 著者名/発表者名
      Ando Soichi、Tsukamoto Hayato、Stacey Benjamin S.、Washio Takuro、Owens Thomas S.、Calverley Thomas A.、Fall Lewis、Marley Christopher J.、Iannetelli Angelo、Hashimoto Takeshi、Ogoh Shigehiko、Bailey Damian M.
    • 雑誌名

      Experimental Physiology

      巻: 108 号: 12 ページ: 1516-1530

    • DOI

      10.1113/ep091245

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Cognitive Function among Young Women’s Football Players in the Summer Heat2023

    • 著者名/発表者名
      Ando Soichi、Ogoh Nana、Saito Shotaro、Watanabe Hironori、Ohsuga Maki、Hasegawa Tetsuya、Ogoh Shigehiko
    • 雑誌名

      Translational Sports Medicine

      巻: 2023 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1155/2023/5516439

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The effects of environmental enrichment on voluntary physical activity and muscle mass gain in growing rats2023

    • 著者名/発表者名
      Sudo Mizuki、Kano Yutaka、Ando Soichi
    • 雑誌名

      Frontiers in Physiology

      巻: 14 ページ: 1265871-1265871

    • DOI

      10.3389/fphys.2023.1265871

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Look into my eyes: What can eye-based measures tell us about the relationship between physical activity and cognitive performance?2023

    • 著者名/発表者名
      Zou Liye、Herold Fabian、Ludyga Sebastian、Kamijo Keita、Muller Notger G.、Pontifex Matthew B.、Heath Matthew、Kuwamizu Ryuta、Soya Hideaki、Hillman Charles H.、Ando Soichi、Alderman Brandon L.、Cheval Boris、Kramer Arthur F.
    • 雑誌名

      Journal of Sport and Health Science

      巻: 12 号: 5 ページ: 568-591

    • DOI

      10.1016/j.jshs.2023.04.003

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The effects of manipulating the visual environment on thermal perception: A structured narrative review2023

    • 著者名/発表者名
      Mayes Harry S.、Navarro Martina、Satchell Liam P.、Tipton Michael J.、Ando Soichi、Costello Joseph T.
    • 雑誌名

      Journal of Thermal Biology

      巻: 112 ページ: 103488-103488

    • DOI

      10.1016/j.jtherbio.2023.103488

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Effects of three-dimension movie visual fatigue on cognitive performance and brain activity2022

    • 著者名/発表者名
      Ryota Akagi, Hiroki Sato, Tatsuya Hirayama, Kosuke Hirata, Masahiro Kokubu, Soichi Ando
    • 雑誌名

      Frontiers in Human Neuroscience

      巻: 16 ページ: 974406-974406

    • DOI

      10.3389/fnhum.2022.974406

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The effects of acute high-intensity aerobic exercise on cognitive performance: A structured narrative review2022

    • 著者名/発表者名
      Sudo Mizuki、Costello Joseph T.、McMorris Terry、Ando Soichi
    • 雑誌名

      Frontiers in Behavioral Neuroscience

      巻: 16 ページ: 957677-957677

    • DOI

      10.3389/fnbeh.2022.957677

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Effects of physical activity level and motor function on hippocampal volume in the older adults2023

    • 著者名/発表者名
      K. Anjiki, S. Ando, R. Tomiga, K. Ishimura, Y. Kose, K. Kano, M. Sudo, Y. Yamada, N. Ebine, Y. Higaki, H. Tanaka, Y. Hatamoto
    • 学会等名
      29th Congress of the International Society of Biomechanics
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Characteristic of thigh muscle hypertrophy induced by electrical muscle stimulation training2023

    • 著者名/発表者名
      K. Kano, R. Akagi, Y. Hashimoto, Y. Miyokawa, D. Shiozaki, Y. Yajima, K. Yamada, S. Kanbayashi, K. Anjiki, I. Kanno, M. Sudo, T. Okamoto, S Ando
    • 学会等名
      29th Congress of the International Society of Biomechanics
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of physical activity level on quadriceps femoris muscle and intramuscular adipose tissue in the elderly2023

    • 著者名/発表者名
      K. Anjiki, S. Ando, R. Tomiga, Y. Kose, S. Fukuoka, M. Sudo, Y. Yamada, N. Ebine, Y. Higaki, H. Tanaka, Y. Hatamoto
    • 学会等名
      28th Annual Congress of the European College of Sport Science
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Combined effects of electrical muscle stimulation and cycling exercise on cognitive performance2023

    • 著者名/発表者名
      K. Kano, Y. Ishioka, S. Kanbayashi, JT. Costello, M Sudo, S. Ando.
    • 学会等名
      28th Annual Congress of the European College of Sport Science
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of different environmental enrichment on spontaneous physical activity and spatial learning2023

    • 著者名/発表者名
      M. Sudo, S. Ando
    • 学会等名
      28th Annual Congress of the European College of Sport Science
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of electrical muscle stimulation training on arterial function in healthy young men2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Hashimoto, S. Kanbayashi, K. Anjiki, I. Kanno, K. Kano, Y. Miyokawa, D. Shiozaki, Y. Yajima, K. Yamada, M. Sudo, R. Akagi, S. Ando, T. Okamoto
    • 学会等名
      28th Annual Congress of the European College of Sport Science
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Influence of (in)congruent visual information on thermal perception during exercise in the heat: a randomised controlled crossover trial2023

    • 著者名/発表者名
      H. Mayes, M. Navarro, L. Satchell, D. Mueller, J. Badariotti, D. White, M. Tipton, S. Ando, JT. Costello
    • 学会等名
      28th Annual Congress of the European College of Sport Science
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The Isolated and Combined Effects of Acute Hypoxia, Overnight Sleep Deprivation, and Exercise on Cognitive and Physiological Function2023

    • 著者名/発表者名
      TB. Williams, J. Corbett, MJ. Tipton, T. McMorris, JI. Badariotti,, HS. Mayes, DK. White, AJ. Causer, FA. Carvalho, MO. Parker, R. Thelwell, S. Ando, JT. Costello
    • 学会等名
      28th Annual Congress of the European College of Sport Science
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The Individual and Combined Effects of Exercise and Three Consecutive Nights of Partial Sleep Deprivation on Executive Functions2023

    • 著者名/発表者名
      JI. Badariotti,,HS. Mayes, M. Miller-Dicks, TB. Williams, MO. Parker, S. Ando, JT. Costello
    • 学会等名
      28th Annual Congress of the European College of Sport Science
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The effects of electrical muscle stimulation training on quadriceps muscle strength and hypertrophy, mood states2023

    • 著者名/発表者名
      S. Ando, Y. Hashimoto, T. Asamizu, R. Sato, S. Kanbayashi, K. Kano, M. Ogawa, M. Fujibayashi, M. Sudo, T. Okamoto
    • 学会等名
      American College of Sports Medicine 70th Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Does spontaneous physical activity level determine cognitive benefits from the environmental enrichment?2023

    • 著者名/発表者名
      M. Sudo, Y. Kano, S. Ando
    • 学会等名
      American College of Sports Medicine 70th Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 骨格筋への電気刺激と抵抗性運動のトレーニングによる筋肥大の特性2023

    • 著者名/発表者名
      菅野樹,橋本佑斗,安喰康太,加納康裕,小川まどか,藤林真美,須藤みず紀,岡本孝信,安藤創一
    • 学会等名
      第36回日本トレーニング科学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 骨格筋への電気刺激が認知パフォーマンスに及ぼす影響2023

    • 著者名/発表者名
      寺田紘基,橋本佑斗,安喰康太,加納康裕,菅野樹,小川まどか,藤林真美,須藤みず紀,岡本孝信,安藤創一
    • 学会等名
      第36回日本トレーニング科学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 膝関節伸展筋群を対象とした8週間の神経骨格筋電気刺激トレーニングが筋力および筋体積に及ぼす影響2023

    • 著者名/発表者名
      山田恒輝,御代川雄祐,塩崎大悟,矢島祥成,加納康裕,橋本佑斗,岡本孝信,安藤創一,赤木亮太
    • 学会等名
      第36回日本トレーニング科学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 下肢骨格筋電気刺激トレーニングは血管内皮機能と動脈スティフネスを改善する2023

    • 著者名/発表者名
      橋本佑斗,安藤創一,岡本孝信
    • 学会等名
      日本体育・スポーツ・健康学会第73回大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 低酸素環境での運動による認知パフォーマンスの変化とその低下の予防法2022

    • 著者名/発表者名
      安藤創一
    • 学会等名
      日本体力医学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Effects of electrical muscle stimulation on cognition, automatic nervous system activity, and mood states,2022

    • 著者名/発表者名
      S. Ando, Y. Takagi, K. Mochizuki, D. Kitajima, M. Fujibayashi, S. Tsurugano, M. Sudo.
    • 学会等名
      American College of Sports Medicine 69th Annual Meeting,
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 電気刺激と自転車運動の組み合わせが認知パフォーマンスにもたらす効果2022

    • 著者名/発表者名
      上林紗梨,石岡優花,須藤みず紀,安藤創一
    • 学会等名
      第77回日本体力医学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 一過性有酸素運動による認知パフォーマンス向上と機能的結合との関係2022

    • 著者名/発表者名
      石村建人,片桐悠貴,水口暢章,望月航大,篠田理人,須藤みず紀,大河原一憲,妹尾淳史,安藤創一
    • 学会等名
      第77回日本体力医学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 一過性の運動による脳微細構造の変化2022

    • 著者名/発表者名
      篠田理人, 片桐悠貴,水口暢章,望月航大,須藤みず紀,大河原一憲,妹尾淳史,安藤創一
    • 学会等名
      第77回日本体力医学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 豊かな環境条件の違いは情動における行動パターンの応答時間に影響する2022

    • 著者名/発表者名
      須藤みず紀,須藤惇,安藤創一
    • 学会等名
      第77回日本体力医学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 骨格筋への電気刺激トレーニングが筋力および筋肥大へ及ぼす影響2022

    • 著者名/発表者名
      浅水太郎,橋本佑斗,佐藤瑠唯,上林紗梨,小川まどか,須藤みず紀,岡本孝信,安藤創一,藤林真美
    • 学会等名
      第77回日本体力医学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 骨格筋への電気刺激トレーニングが血管内皮機能と認知パフォーマンスへ及ぼす影響2022

    • 著者名/発表者名
      佐藤瑠唯,橋本佑斗,浅水太郎,上林紗梨,小川まどか,須藤みず紀,岡本孝信,安藤創一,藤林真美
    • 学会等名
      第77回日本体力医学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 朝食欠食がもたらす昼食後高血糖の認知機能に対する負の効果2022

    • 著者名/発表者名
      塚本敏人,道羅絢斗,杉本岳史,鈴木飛鳥,石橋彩,安藤創一,水口暢章,橋本健志
    • 学会等名
      第77回日本体力医学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 急性疲労に伴う指尖動脈脈波指数の変化:ユース女子サッカー選手での検討2022

    • 著者名/発表者名
      菅原順, 小河菜々, 渡邊裕宣, 齋藤祥太郎, 安藤 創一, 大須賀まき, 長谷川哲矢, 小河繁彦
    • 学会等名
      第77回日本体力医学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 骨格筋への電気刺激が自律神経に及ぼす影響:随意運動との比較2022

    • 著者名/発表者名
      安藤創一,須藤みず紀
    • 学会等名
      第30回日本運動生理学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 豊かな環境における自発的な身体活動が後肢筋の各部位に与える影響2022

    • 著者名/発表者名
      須藤みず紀,安藤創一
    • 学会等名
      第30回日本運動生理学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      https://www.uec.ac.jp/news/announcement/2024/20240209_6001.html

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書

URL: 

公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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