暑熱環境におけるヒト脳認知機能低下を防ぐ対処法の開発

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H05361
• 研究機関: 奈良女子大学
• 研究代表者: 中田 大貴 奈良女子大学, 生活環境科学系, 准教授 (40571732)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 事象関連電位 / P300 / 熱中症 / 暑熱 / 脳波

研究実績の概要

H27年度は当初の計画通り、暑熱環境下における認知機能を評価する実験を実施した。水循環服（サーマルスーツ）を用いて温水を流し、受動的に体温を上昇させ、体温が上昇する前と後に脳波事象関連電位を記録し、体温上昇と電位動態との関係性を明らかにした。湯水を流す前に、音刺激を用いた事象関連電位P300成分を測定し（1回目）、体温が0.8℃上昇した際に同様のP300の計測（2回目）、体温が2℃上昇した際にP300の計測（3回目）を行い、その後3分間15℃の冷水を流した後にP300の計測（4回目）を行った。実験の結果、P300成分の反応は、熱中症の初期症状が現れるような体温が2℃上昇した3回目、ならびに冷水を流した4回目であっても小さいことがわかった。この結果は熱中症が起こるような状況では、脳内の認知機能が低下していることを意味し、さらに冷水を流して被験者が心地良い、と感じているような状況であっても、認知機能の低下がまだ続いていることが示された。さらに、被験者に別日に同様の実験を行った。今度は湯水ではなく、表面皮膚温度とほぼ同じ温度（33℃）の水を流した。前回の実験で体温を2℃上昇させるためには、60~90分かかり、P300の3回目の計測、4回目の計測はずっと実験用椅子に座っていることによる「飽き」で、脳反応が小さくなった可能性が考えられた。その可能性を検証するため、2度目の実験を行った。実験の結果、33℃の水を流した場合には、3回目の計測、4回目の計測であったとしても、P300の反応は変わらなかった。よって、湯水を流した際のP300の反応低下は、「飽き」によるものではない、と考えられた。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

同様の実験系で、事象関連電位だけではなく、体性感覚誘発電位も記録した。事象関連電位P300成分と同様に体温の上昇とともに、体性感覚誘発電位の反応が小さくなった。このことから、体性感覚認知処理に関わる神経活動は暑熱環境下では減弱することが示された。また、体性感覚誘発電位の潜時も体温の上昇とともに短縮したことから、末梢から中枢神経系へ至る感覚神経の伝導速度が上がること、さらに一次体性感覚野へ到達した後の皮質-皮質間の反応速度も上がることが示された。この結果も以下の論文として掲載されたことから、当初の計画以上に進展していると判断した。Nakata H, Oshiro M, Namba M, Shibasaki M. Effects of passive heat stress on human somatosensory processing. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol, 2015, 309, R1387-1396.

今後の研究の推進方策

H28年度は、脳血流量の違いが認知機能に及ぼす影響を検討する。脳血流は血中の炭酸ガス濃度に影響されることから、呼気ガスを調節することにより脳血流量を恣意的に変化させ、脳血流量と事象関連電位の電位動態との関係性を明らかにする。熱中症の重症度Iにあたる熱失神は、脳血流量の減少が関係しているとされており、その発生メカニズムの一端を明らかにする。

研究成果

• [雑誌論文] The effect of elevations in internal temperature on event-related potentials during a simple cognitive task in humans. (2016)
  • 著者名/発表者名: Shibasaki M, Namba M, Oshiro M, Crandall C, Nakata H
  • 雑誌名: Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 巻: 000 ページ: in press
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effects of passive heat stress on human somatosensory processing. (2015)
  • 著者名/発表者名: Nakata H, Oshiro M, Namba M, Shibasaki M
  • 雑誌名: Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 巻: 309 ページ: R1387-96
  • DOI: 10.1152/ajpregu.00280.2015
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 脳波事象関連電位 P300 成分を用いた高体温時・運動時における認知機能評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中田大貴
  • 学会等名: 第93回日本生理学会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2016-03-22 – 2016-03-24
• [学会発表] 脳波事象関連電位を用いた高体温時の認知機能評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大城岬、難波真里、芝崎学、中田大貴
  • 学会等名: 第54回日本生気象学会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2015-11-04 – 2015-11-06
• [学会発表] 受動的暑熱ストレスによる高体温が認知処理機能に及ぼす影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 難波真里、大城岬、中田大貴、芝崎学
  • 学会等名: 第70回日本体力医学会
  • 発表場所: 和歌山
  • 年月日: 2015-09-18 – 2015-09-20
• [学会発表] 脳波事象関連電位を用いた高体温時の認知機能評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大城岬、中田大貴、芝崎学
  • 学会等名: 温熱生理研究会2015
  • 発表場所: 岡崎
  • 年月日: 2015-08-27 – 2015-08-28