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2021 年度 実績報告書

運動が海馬機能を増強するメカニズムの統合的解明:動物からヒトへの橋渡し研究

研究課題

研究課題/領域番号 21H04858
研究機関筑波大学

研究代表者

征矢 英昭  筑波大学, 体育系, 教授 (50221346)

研究分担者 岡本 正洋  筑波大学, 体育系, 助教 (30726617)
グレニエ フランソワ  筑波大学, 体育系, 研究員 (90738692)
Yassa Michael  筑波大学, 体育系, 教授 (90817610)
永野 敦子  筑波大学, 体育系, 研究員 (90897886)
研究期間 (年度) 2021-04-05 – 2024-03-31
キーワード海馬 / 低強度運動 / 認知機能 / ドーパミン / レプチン
研究実績の概要

本研究課題では、誰もが意欲的に継続可能な低強度運動が海馬を刺激し記憶を増強させるメカニズムを、青斑核 (LC) ―海馬ドーパミン (DA) 系に着目し、動物―ヒト橋渡し研究により徹底検証することで、強固な神経科学的エビデンスを有する海馬機能増強戦略として提案することを目指す。3年計画の1年目である令和3年度は、実験計画に従いプロジェクト1~3を実施した。
プロジェクト1では、低強度運動による海馬機能増強にはLC―海馬DA系が関与するかを検証すべく、特定の神経細胞の活動を操作できるDREADDの導入を行った。現在、DREADDで低強度運動時のLCの神経活動を操作し、海馬機能への影響を確認する実験が進行中である (課題1-1)。
プロジェクト2では、ヒトにおいても低強度運動中にLCが活性化するか、LC動態を間接的に予測する瞳孔径から検証した。その結果、低強度運動中に瞳孔径は拡張を確認した。さらにその拡張は、その後の前頭前野が関与する認知機能成績向上を予測した。今後は、DAとの関与を探るとともに、この実験モデルを海馬課題に応用し検証する予定である。
プロジェクト3では、海馬機能が低下した病態モデル動物 (ADモデルマウス・PTSDモデルラットなど) に対する適切な運動介入の条件検討を開始するともに病態に対する運動効果の評価法の導入を進めた (課題3-1)。

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

プロジェクト1では、DREADDの導入を進め、LCに対する作用を評価できた。これに加え、in vivo電気生理学やマイクロダイアリシス、海馬機能を評価する行動試験など、低強度運動効果に対するLC-海馬DA系の関与を評価する実験のセットアップは充実しており、次年度の進展が十分に期待できる (課題1-1)。
プロジェクト2では、これまで私たちが検証を行ってきた一過性の低強度運動中にLCが活性化していることが瞳孔径動態から確認できた。海馬課題を併せて検証する準備が整っており、さらなる検討が可能となる。
プロジェクト3では、海馬機能が低下したモデル動物に対する低強度運動効果として、病態改善に関与する脳領域ネットワークの変化が示唆された。プロジェクト1で確立するDREADDなどを応用し、詳細なメカニズムの検討が可能と期待される。

今後の研究の推進方策

プロジェクト1では、低強度運動による海馬機能増強に重要な役割を果たすと想定されるLC―海馬DA系をDREADDを用いて抑制し、一過性の低強度運動による海馬神経の活性化や慢性的な低強度運動による海馬可塑性・記憶の向上への影響を確認する (実験1-1)。また、運動効果を最大化する低強度運動とアスタキサンチン摂取の併用戦略において、責任分子となる海馬レプチンとDAの関連を検討する (実験1-2)。
プロジェクト2では、低強度運動中の瞳孔拡張が前頭前野認知機能だけでなく、その後に起こる海馬パターン分離機能の向上を予測するか検証を行う。さらに、アミノ酸を用いたDA枯渇を用いて、ヒト海馬機能に対するDAの関与の検証に移行する予定である。
プロジェクト3では、海馬機能の低下を呈する動物 (ADモデルマウス、PTSDモデルラット、統合失調症モデルマウスなど) を用いて、低強度運動による病態改善やDAの関与を詳細に検討する (課題3-1)。

  • 研究成果

    (25件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 2件、 招待講演 7件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Long-term light and moderate exercise intervention similarly prevent both hippocampal and glycemic dysfunction in presymptomatic type 2 diabetic rats2022

    • 著者名/発表者名
      Jesmin S, Shima T, Soya M, Takahashi K, Omura K, Ogura K, Koizumi H, Soya H
    • 雑誌名

      American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism

      巻: 322 ページ: E219-E230

    • DOI

      10.1152/ajpendo.00326.2021

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Benefit of human moderate running boosting mood and executive function coinciding with bilateral prefrontal activation2021

    • 著者名/発表者名
      Damrongthai C, Kuwamizu R, Suwabe K, Ochi G, Yamazaki Y, Fukuie T, Adachi K, Yassa M.A., Churdchomjan W, Soya H
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 ページ: -

    • DOI

      10.1038/s41598-021-01654-z

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 健康長寿を考える-腸内細菌、排尿排便とフレイル- 脳フィットネスを高める次世代運動・栄養戦略 楽しいスローランニングと天然栄養素の相乗効果2021

    • 著者名/発表者名
      征矢英昭
    • 雑誌名

      日本老年泌尿器科学会誌

      巻: 34 ページ: 29

  • [雑誌論文] 【職場における身体活動・運動・座位行動とメンタルヘルス】低強度運動が高める脳機能とメンタルヘルス2021

    • 著者名/発表者名
      下田 亮, 征矢 英昭
    • 雑誌名

      産業ストレス研究

      巻: 28 ページ: 205-214

  • [雑誌論文] パラアスリートボディのポテンシャル2021

    • 著者名/発表者名
      征矢 英昭
    • 雑誌名

      体育の科学

      巻: 71 ページ: 530-532

  • [雑誌論文] 運動による海馬機能向上効果とその増強因子アスタキサンチン2021

    • 著者名/発表者名
      征矢 英昭, 秦 俊陽
    • 雑誌名

      JMOAレポート

      巻: 22 ページ: 1-16

  • [学会発表] Human brain activity during very light intensity exercise using MRI-compatible ergometer: the first preliminary analysis2022

    • 著者名/発表者名
      Suwabe K, Nagano-Saito A, Yamazaki Y, Kuwamizu R, Matsushita A, Kato M, Suzuki K, Soya H
    • 学会等名
      ARIHHPフォーラム2022
  • [学会発表] The impact of light intensity running on the theta rhythm in the dorsal hippocampus2022

    • 著者名/発表者名
      Grenier F, Hiraga T, Hata T, Soya H
    • 学会等名
      ARIHHPフォーラム2022
  • [学会発表] Benefits of Moderate Exercise Regimen that Ameliorates Cognitive Decline and Hippocampal Lactate Transporter in Type 2 Diabetic Rats2021

    • 著者名/発表者名
      Soya H, Shima T
    • 学会等名
      International Congress on Obesity and Metabolic Syndrome 2021(ICOMES 2021)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Does dopamine connect the link between aerobic fitness and prefrontal executive function? A combined sEBR-fNIRS study2021

    • 著者名/発表者名
      Kuwamizu R, Suwabe K, Damrongthai C, Fukuie T, Ochi O, Hyodo K, Hiraga T, Nagano-Saito A, Soya H
    • 学会等名
      Virtual dopamine conference
    • 国際学会
  • [学会発表] 脳フィットネスを高める次世代運動・栄養戦略:楽しいスローランニングと天然栄養素の相乗効果2021

    • 著者名/発表者名
      征矢英昭
    • 学会等名
      第34回日本老年泌尿器科学会
    • 招待講演
  • [学会発表] 認知機能を増強する次世代運動栄養戦略:軽運動とカロテノイドの併用効果と新たな脳機構2021

    • 著者名/発表者名
      征矢英昭
    • 学会等名
      日本スポーツ栄養学会 第7回大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 運動による認知機能促進効果の橋渡し研究:動物とヒトの運動モデルを用いて2021

    • 著者名/発表者名
      征矢英昭
    • 学会等名
      第43回生物学的精神医学会・第51回日本神経精神薬理学会
    • 招待講演
  • [学会発表] 海馬機能を高める運動ホルミシス効果:動物から人への橋渡し研究2021

    • 著者名/発表者名
      征矢英昭
    • 学会等名
      第76回日本体力医学会大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 認知機能を高める次世代運動戦略:楽しい軽運動+栄養がもつポテンシャル2021

    • 著者名/発表者名
      征矢英昭
    • 学会等名
      日本臨床麻酔学会41回大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 認知機能を高める運動条件と神経基盤:動物からヒトへの橋渡し研究2021

    • 著者名/発表者名
      征矢英昭
    • 学会等名
      脳・医工学研究センターCNBEシンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] なぜ有酸素能と実行機能は関係するのか?: 自発性瞬目率がその“Missing link”を接続する2021

    • 著者名/発表者名
      桑水 隆多, 征矢 英昭
    • 学会等名
      第4回スポーツニューロサイエンス研究会
  • [学会発表] 海馬機能増強を導く低強度運動の脳内機構を探る: 青斑核-海馬系の関与2021

    • 著者名/発表者名
      平賀 大一, 秦 俊陽, 松井 崇, 下田 亮, 岡本 正洋, 征矢 英昭
    • 学会等名
      第4回スポーツニューロサイエンス研究会
  • [学会発表] 漸増負荷運動で見られる二つの瞳孔径閾値: 運動時の脳内覚醒機構2021

    • 著者名/発表者名
      桑水 隆多, 青池 直樹, 山崎 雄大, 征矢 英昭
    • 学会等名
      第76回日本体力医学会大会
  • [学会発表] 一過性強度別走運動における海馬背側部モノアミン放出: マイクロダイアリシスを用いた検討2021

    • 著者名/発表者名
      平賀 大一, 秦 俊陽, 松井 崇, 下田 亮, 岡本 正洋, 征矢 英昭
    • 学会等名
      第76回日本体力医学会大会
  • [学会発表] ランニングの認知機能促進効果: 気分と実行機能をともに高める脳機構2021

    • 著者名/発表者名
      ダムロンタイ チョーパカ, 桑水 隆多, 足立 和隆, 征矢 英昭
    • 学会等名
      第76回日本体力医学会大会
  • [学会発表] ビタミンB1誘導体で高まる身体活動性と覚醒に共通する脳内機構2021

    • 著者名/発表者名
      秦 俊陽, 平賀 大一, Grenier Francois, 岡本 正洋, 松井 崇, 征矢 英昭
    • 学会等名
      第76回日本体力医学会大会
  • [学会発表] 低強度運動習慣は海馬BDNFシグナリングを介して恐怖記憶消去を促進する2021

    • 著者名/発表者名
      下田 亮, 天谷 友紀, 岡本 正洋, 平賀 大一 征矢 英昭
    • 学会等名
      第76回日本体力医学会大会
  • [図書] 認知症にならない!させない!世界実証メソッドを網羅!脳の名医が教える最高の脳活大全2021

    • 著者名/発表者名
      遠藤英俊、白澤卓二、征矢英昭、宮崎総一郎、奥村歩、他
    • 総ページ数
      216
    • 出版者
      文響社
    • ISBN
      9784866513843
  • [備考] ランニングが快適気分と認知機能を高める脳機構を解明

    • URL

      https://www.tsukuba.ac.jp/journal/medicine-health/20211125140000.html

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公開日: 2022-12-28  

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