見込み的循環制御を司る脳機構の解明

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16J11007
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 石井 圭 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 自動車ヒューマンファクター研究センター, 学振特別研究員
• 研究期間 (年度): 2016-04-22 – 2019-03-31
• キーワード: セントラルコマンド / 循環調節 / 中脳腹側被蓋野 / 内側前頭前野 / 心拍数

研究実績の概要

運動を行うとき、脳は運動指令と共に見込み的に循環指令（セントラルコマンド）を発することで運動実行と同時に心拍数や骨格筋血流量を制御する。このフィードフォワード機構が働くことで、身体組織は運動継続に必要な酸素を遅れることなく受け取ることができる。しかしながら、セントラルコマンドの詳細な神経回路は不明であった。これまでの研究成果より、『内側前頭前野（mPFC）からのシグナルが中脳腹側被蓋野（VTA）を介して運動と同期した循環応答を誘発する』という仮説をたて、麻酔下ラットのmPFCやVTAを薬理学的に活性もしくは抑制したときの循環応答を計測した。
GABA受容体拮抗薬であるbicucullineの投与によりVTAを活性化させると、心拍数と血圧が増加し運動神経の放電が生じた。その応答はGABA受容体作動薬であるmuscimolの事前投与により消失した。BicucullineをmPFCに投与し活性化させると、心拍数が顕著に増加した。MuscimolによりVTAを抑制した状態で、bicucullineによりmPFCを活性化させると、心拍数の増加応答は消失した。
以上の結果から、mPFCからのシグナルはVTAを介して心拍数の増加を引き起こすことが示唆された。このような高位中枢からの下降経路の活性化が運動開始時の心拍数増加に寄与するかもしれない。現在は交感神経活動の記録も加え実験を継続している。上述の実験に続き、運動・循環応答を引き起こすVTAからの下降経路を薬理学的・免疫組織化学的に探索するために、順行性神経トレーサーを用いた実験の準備を行っている。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Central command increases muscular oxygenation of the non-exercising arm at the early period of voluntary one-armed cranking (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishii K, Matsukawa K, Asahara R, Liang N, Endo K, Idesako M, Michioka K, Sasaki Y, Hamada H, Yamashita K, Watanabe T, Kataoka T, Takahashi M
  • 雑誌名: Physiological Reports 巻: 5 ページ: 1-18
  • DOI: 10.14814/phy2.13237
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Central command generated prior to arbitrary motor execution induces muscle vasodilatation at the beginning of dynamic exercise (2016)
  • 著者名/発表者名: Ishii K, Matsukawa K, Liang N, Endo K, Idesako M, Asahara R, Kadowaki A, Wakasugi R, Takahashi M.
  • 雑誌名: Journal of Applied Physiology 巻: 120 ページ: 1424-1433
  • DOI: 10.1152/japplphysiol.00103.2016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Central command does not suppress baroreflex control of cardiac sympathetic nerve activity at the onset of spontaneous motor activity in the decerebrate cat (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsukawa K, Ishii K, Asahara R, Idesako M.
  • 雑誌名: Journal of Applied Physiology 巻: 121 ページ: 932-943
  • DOI: 10.1152/japplphysiol.00299.2016
  • 査読あり
• [雑誌論文] The prefrontal oxygenation and ventilatory responses at start of one-legged cycling exercise have relation to central command (2016)
  • 著者名/発表者名: Asahara R, Matsukawa K, Ishii K, Liang N, Endo K
  • 雑誌名: Journal of Applied Physiology 巻: 121 ページ: 1115-1126
  • DOI: 10.1152/japplphysiol.00401.2016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Facial skin blood flow responses during exposures to emotionally charged movies (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsukawa K, Endo K, Ishii K, Ito M, Liang N
  • 雑誌名: The Journal of Physiological Sciences 巻: － ページ: 1-16
  • DOI: 10.1007/s12576-017-0522-3
  • 査読あり
• [学会発表] 自発的片腕クランキング運動開始前にみられる背外側前頭前野の酸素化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石井圭、松川寛二、梁楠
  • 学会等名: 第94回日本生理学会大会
  • 発表場所: アクトシティ浜松、浜松市
  • 年月日: 2017-03-30
• [学会発表] セントラルコマンドによる運動時骨格筋血流量の調節 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石井圭
  • 学会等名: 第24回日本運動生理学会大会
  • 発表場所: 熊本大学黒髪キャンパス、熊本市
  • 年月日: 2016-07-23
  • 招待講演