知覚学習イノベーション－次世代感覚運動学習法の創出を目指してー

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H01090
• 研究機関: 新潟医療福祉大学
• 研究代表者: 大西 秀明 新潟医療福祉大学, リハビリテーション学部, 教授 (90339953)
• 研究分担者: 田巻 弘之 鹿屋体育大学, スポーツ生命科学系, 教授 (40253926) ; 大鶴 直史 新潟医療福祉大学, リハビリテーション学部, 教授 (50586542) ; 佐藤 大輔 新潟医療福祉大学, 健康科学部, 教授 (60544393) ; 田口 徹 新潟医療福祉大学, リハビリテーション学部, 教授 (90464156) ; 児玉 直樹 新潟医療福祉大学, 医療技術学部, 教授 (50383146) ; 前田 史篤 新潟医療福祉大学, 医療技術学部, 教授 (00341157) ; 山代 幸哉 新潟医療福祉大学, 健康科学部, 准教授 (20570782) ; 犬飼 康人 新潟医療福祉大学, リハビリテーション学部, 准教授 (20757801) ; 山本 智章 新潟医療福祉大学, その他部局等, ロコモティブ症候群予防研究センター副センター長 (30445902) ; 小島 翔 新潟医療福祉大学, リハビリテーション学部, 講師 (10780330) ; 齊藤 慧 新潟医療福祉大学, リハビリテーション学部, 講師 (80707315) ; 宮口 翔太 新潟医療福祉大学, リハビリテーション学部, 講師 (60780343) ; 横田 裕丈 新潟医療福祉大学, リハビリテーション学部, 助教 (20827472) ; 長坂 和明 新潟医療福祉大学, リハビリテーション学部, 講師 (70833812)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 脳磁図 / MEG / 脳構造 / MRI / VBM / 二点識別覚 / 体性感覚機能

研究実績の概要

本研究課題の目的は，①体性感覚機能を客観的に評価するためのバイオマーカーの探究，②体性感覚機能を向上させるための知覚学習法の開発，③知覚学習が運動遂行能に及ぼす影響の解明，④動物実験を通した知覚学習の神経基盤解明である．
2022年度はまず，二点識別覚（2PD）および触覚方位弁別覚と脳構造との関連性をテーマにした研究成果を論文化した（Cerebral Cortex誌）．健康なボランティアを対象にして，特注の検査装置を用いて2PDを測定し，2PD閾値と3T-MRIスキャナーを用いて取得した個人のT1強調画像を対象にして算出した灰白質容積との関係性を解析した．その結果，2PD閾値が低いほど（すなわち体性感覚機能が優れているほど），中側頭回から下頭頂小葉までのGM容積が少ないことが判明した．このことから，皮質GM体積は体性感覚機能のバイオマーカーとなり得る可能性があることが明らかになった．この結果を踏まえ，同じ被験者を対象にして，脳磁界計測装置を用いて，体性感覚誘発脳磁界（ペアパルス抑制含む）および安静時脳磁界を計測し，2PDと誘発脳磁界および安静時脳活動との関連性を解析した．その結果，安静時脳活動において，一次体性感覚野と後頭頂葉との機能的結合（β帯域）の強度と2PD閾値とが正の相関関係を示すことが判明した．また，動物実験においては，青斑核への異なるリズムの電気刺激（0.1，１.0，4.0 Hz）が一次体性感覚野の興奮性に与える影響を解析した．その結果，1.0Hzでの刺激条件においてのみ，刺激中および刺激後60分まで一次体性感覚野の興奮性が増大することが判明した．すなわち，青班核への1.0Hzへの入力が知覚学習の効果を向上させる可能性が示唆された．現在これらのデータを整理し論文化を進めている．

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

体性感覚機能を反映するためのバイオマーカーを探索するため，様々な脳機能計測機器を利用し，体性感覚機能と皮質構造や皮質活動との関係性を解析している．現時点で，研究実績の概要欄に記載したように大脳皮質の下頭頂小葉から中側頭回にかけての灰白室容積が体性感覚機能のバイオマーカーとなり得る可能性があることを明らかにした．さらに，一次体性感覚野と後頭頂葉との安静時のβ帯域機能的結合強度が2つ目のバイオマーカーの候補としてあげられた．また，動物実験において，青班核への刺激入力が一次体性感覚野の興奮性に及ぼす影響を明らかにし知覚学習への応用が示唆された．このことから当初計画通りに進んでいると判断した．

今後の研究の推進方策

2023年度は，人を対象にした脳磁図を用いて計測した機能的結合の強度と体性感覚機能との関係性，および動物実験の青班核刺激と一次体性感覚野興奮性に関するデータを整理し論文化する．加えて，①擦刺激時における脳活動の計測・解析，②脳内神経修飾物質と脳活動および体性感覚パフォーマンスとの関係を計測・解析，③知覚学習のメカニズムを探求するために構築した動物実験システムを活用し，複雑な触圧覚刺激（擦るような刺激）時の皮質活動を計測・解析する予定である．

研究成果

• [雑誌論文] Association between somatosensory sensitivity and regional gray matter volume in healthy young volunteers: a voxel-based morphometry study (2023)
  • 著者名/発表者名: Onishi H, Nagasaka K, Yokota H, Kojima S, Ohno K, Sakurai N, Kodama N, Sato D, Otsuru N.
  • 雑誌名: Cereb Cortex 巻: 33 ページ: 2001-2010
  • DOI: 10.1093/cercor/bhac188
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transcranial direct current stimulation over the right intraparietal sulcus improves response inhibition (2023)
  • 著者名/発表者名: Shiga K, Miyaguchi S, Inukai Y, Otsuru N, Onishi H.
  • 雑誌名: Behav Brain Res 巻: 437 ページ: 114110
  • DOI: 10.1016/j.bbr.2022.114110
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transcranial direct current stimulation and transcranial random noise stimulation over the cerebellum differentially affect the cerebellum and primary motor cortex pathway (2022)
  • 著者名/発表者名: Kawakami S, Inukai Y, Ikarashi H, Watanabe H, Miyaguchi S, Otsuru N, Onishi H.
  • 雑誌名: J Clin Neurosci 巻: 100 ページ: 59-65
  • DOI: 10.1016/j.jocn.2022.04.003
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Changes in excitability and GABAergic neuronal activity of the primary somatosensory cortex after motor learning (2022)
  • 著者名/発表者名: Pham MV, Saito K, Miyaguchi S, Watanabe H, Ikarashi H, Nagasaka K, Yokota H, Kojima S, Inukai Y, Otsuru N, Onishi H.
  • 雑誌名: Front Neurosci 巻: 16 ページ: 794173
  • DOI: 10.3389/fnins.2022.794173
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Gray Matter Volume Variability in Young Healthy Adults: Influence of Gender Difference and Brain-Derived Neurotrophic Factor Genotype (2022)
  • 著者名/発表者名: Watanabe H, Kojima S, Nagasaka K, Ohno K, Sakurai N, Kodama N, Otsuru N, Onishi H.
  • 雑誌名: Cereb Cortex 巻: 32 ページ: 2635-2643
  • DOI: 10.1093/cercor/bhab370
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of Transcranial Electrical Stimulation over the Posterior Parietal Cortex on Tactile Spatial Discrimination Performance (2022)
  • 著者名/発表者名: Saito K, Otsuru N, Inukai Y, Kojima S, Miyaguchi S, Nagasaka K, Onishi H.
  • 雑誌名: Neuroscience 巻: 494 ページ: 94-103
  • DOI: 10.1016/j.neuroscience.2022.05.010
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Therapeutic benefits of noninvasive somatosensory cortex stimulation on cortical plasticity and somatosensory function: A systematic review (2022)
  • 著者名/発表者名: Sasaki R, Watanabe H, Onishi H.
  • 雑誌名: Eur J Neurosci 巻: 56 ページ: 4669-4698
  • DOI: 10.1111/ejn.15767
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transcranial direct current stimulation over the posterior parietal cortex improves visuomotor performance and proprioception in the lower extremities (2022)
  • 著者名/発表者名: Kamii Y, Kojima S, Onishi H.
  • 雑誌名: Front Hum Neurosci 巻: 16 ページ: 876083
  • DOI: 10.3389/fnhum.2022.876083
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effects of Stimulus Frequency, Intensity, and Sex on the Autonomic Response to Transcutaneous Vagus Nerve Stimulation (2022)
  • 著者名/発表者名: Yokota H, Edama M, Hirabayashi R, Sekine C, Otsuru N, Saito K, Kojima S, Miyaguchi S, Onishi H.
  • 雑誌名: Brain Sci 巻: 12 ページ: 1038
  • DOI: 10.3390/brainsci12081038
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Gamma-transcranial alternating current stimulation on the cerebellum and supplementary motor area improves bimanual motor skill (2022)
  • 著者名/発表者名: Miyaguchi S, Inukai Y, Mitsumoto S, Otsuru N, Onishi H.
  • 雑誌名: Behav Brain Res 巻: 424 ページ: 113805
  • DOI: 10.1016/j.bbr.2022.113805
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Neural response in the posterior insular cortex evoked by stimulation of the basolateral amygdala in central post-stroke pain model rats (2023)
  • 著者名/発表者名: 大槻智史，長坂和明，大鶴直史，大西秀明
  • 学会等名: 第100回日本生理学会
• [学会発表] 脳由来神経栄養因子が抹消電気刺激の刺激効果にもたらす影響～触覚方位弁別課題を用いた検証～ (2022)
  • 著者名/発表者名: 三木陽菜乃，齊藤慧，平賀大河，宮口翔太，大鶴直史，大西秀明
  • 学会等名: 第27回日本基礎理学療法学会学術大会
• [学会発表] 課題難易度の異なる運動練習が下肢の皮質脊髄路興奮性および抑制性に及ぼす影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 神居寧，小島翔，大西秀明
  • 学会等名: 第27回日本基礎理学療法学会学術大会
• [学会発表] 小脳への経頭蓋ランダムノイズ刺激が運動学習および脳活動に及ぼす影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 川上紗輝，犬飼康人，五十嵐眸実，神居寧，宮口翔太，大鶴直史，大西秀明
  • 学会等名: 第27回日本基礎理学療法学会学術大会
• [学会発表] 異なる電流強度による経皮的迷走神経刺激が自律神経活動に及ぼす影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 横田裕丈，江玉睦明，平林怜，関根千恵，阿久澤弘，石垣智恒，大鶴直史，齊藤 慧，小島 翔，宮口翔太，大西秀明
  • 学会等名: 第27回日本基礎理学療法学会学術大会
• [学会発表] ラット青斑核への電気刺激が一次体性感覚野の神経活動へ与える影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 鈴木孝昇, 長坂和明, 大槻智史, 大鶴直史, 大西秀明
  • 学会等名: 第27回日本基礎理学療法学会学術大会
• [学会発表] 背外側前頭前野への経頭蓋ランダムノイズ刺激が触覚方位弁別能力にもたらす効果 (2022)
  • 著者名/発表者名: 齊藤慧，大鶴直史，小池康太郎，竹内皓太，大西秀明
  • 学会等名: 第27回日本基礎理学療法学会学術大会
• [学会発表] 刺激様式の異なる触圧覚刺激介入が触圧覚刺激の移動方向識別能力に及ぼす影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 丸山雄基，小島翔，大西秀明
  • 学会等名: 第28回脳機能とリハビリテーション研究会学術集会
• [学会発表] 右頭頂間溝への経頭蓋直流電流刺激が反応抑制機能に与える影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 志賀恭介，宮口翔太，犬飼康人，大鶴直史，大西秀明
  • 学会等名: 第28回脳機能とリハビリテーション研究会学術集会
• [学会発表] 視覚情報の提示条件の違いがActive Touch介入効果に及ぼす影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田邊かこ，小島翔，大西秀明
  • 学会等名: 第28回脳機能とリハビリテーション研究会学術集会
• [学会発表] The effects of tonic locus coeruleus output on forepaw-evoked response of the primary somatosensory cortex in anesthetized rats (2022)
  • 著者名/発表者名: 鈴木孝昇, 長坂和明, 大槻智史, 大鶴直史, 大西秀明
  • 学会等名: 第45回日本神経科学大会
• [備考] 新潟医療福祉大学神経生理Lab
  • URL: https://www.nuhw-pt.jp/neurophysiology-lab/