指先触覚による求心性情報が高齢者の立位バランス
能力向上に及ぼす影響
神 﨑 素 樹
＊政 二 慶
＊＊INFLUENCE OF AFFERENT INFORMATION ORIGINATED FROM
FINGER TACTILE SENSATION ON IMPROVED
EQUILIBRIUM IN THE ELDERLY ADULTS
Motoki Kouzaki and Kei Masani
SUMMARY
Declined equilibrium is main risk factor of falling in the elderly, and this will impair the quality of life. The present study focused on the finger tactile information during quiet standing because this information will enhance the equilibrium irrespective of mechanical support. The purpose of present study was to examine whether the enhanced tactile sensation caused by light touch effects in the elderly adults improves the equilibrium during quiet standing in elderly adults who have declined body balance. During the quiet stance in young （n＝40） and elderly （n＝136） subjects for 60 s with and without fingertip light touch （LT）, center of pressure （CoP）, center of mass acceleration （ACC）, center of mass velocity （CoMvel）, horizontal finger touching force were measured. The velocity information maintaining postural stability as neurophysiological property was determined by a positive peak of cross-correlation function （CCF） from CoMvel to CoP sway. For LT trials, CCF from LT sharing force to CoP sway to compare the LT effects between young and elderly adults. Mean velocity of CoP （CoP path length divided by calculated time） and standard deviation （SD） of ACC as an assessment of amplitude of postural sway in both young and elderly adults significantly decreased due to LT. The LT effects were significantly larger in elderly adults than young adults. The decreased postural sway was related to decreased low-frequency component （＜1Hz） of postural sway. Positive peak of CCF from CoMvel to CoP sway tended to increase by LT in both young and elderly adults. The positive peak of CCF from LT sharing force to CoP as an index of LT effects was higher in elderly adults as compared to young adults. There results lead us to conclude that the enhanced finger tactile sensation by LT is able to compensate the declined equilibrium in the elderly. In addition, we measured the motor unit （MU） action potential of soleus muscle by using fine-wire electrodes during quiet standing with and without LT to investigate the MU activation strategy. As a result, relatively large MU during quiet standing disappeared due to LT. This result strongly supports our conclusion that LT has a beneficial effect on postural balance because derecruitment of large MU conduces to steady postural sway.
Key words: light touch, quiet standing, center of pressure, center of mass acceleration, aging.
＊ 京都大学大学院人間・環境学研究 Laboratory of Neurophysiology, Graduate School of Human and Environmental Studies, Kyoto University, Kyoto, Japan.
科神経生理学研究室
＊＊ トロント大学生体医用工学研究所 Institute of Biomaterials and Biomedical Engineering, University of Toronto, Toronto, Canada.
緒 言 平均寿命の延伸に伴い、高齢者の転倒による寝 たきりが社会問題となっている。高齢者転倒因子 については、特に立位平衡機能障害が危険因子と して指摘されている3）。立位バランスは前庭系、 視覚系、体性感覚系情報を主になされると考えら れている19）。前庭系疾患により姿勢が不安定に なることや視覚の姿勢制御への影響が大きいこと は研究者間で一致した見解である。体性感覚系情 報はこれら前庭系や視覚系の補足的情報源として 認識されてきた。近年、Jeka の一連の報告5）で固 定点へ指先で軽く触れること（以下「ライトタッ チ」と称す）で、直立姿勢保持中の姿勢動揺が減 少することを見いだされた。しかしながら、ヒト の二足立位は足関節を中心とする倒立振子で近似 できるため、たとえ指先で固定点に軽く触れるだ けでも大きなモーメントとなることから、姿勢動 揺の減少に指先の力が関与する可能性が問題視さ れてきた9）。そこで Kouzaki and Masani9）は静止
立位中に上腕部のカフによる圧迫により指先触覚 からの求心性情報を減少させ、ライトタッチ効果 が指先の力なのか指先触覚情報が関与しているか 否かを検討し、力学的支持ではなく指先触覚によ る求心性情報が立位バランス能力の改善に関与す ることを実験的に明らかにした。このことは杖な どの補助器具が、力学的支持のみならず実は、指 先触覚を端とした中枢神経系における制御面でも 貢献するものととらえることができる。若齢者に 比べ高齢者の姿勢動揺（足圧中心動揺の軌跡長， 振幅など）は大きく、高齢者は運動機能のみなら ず、立位バランス能力が劣っているといえる。運 動機能の劣る高齢者にとって、ライトタッチ効果 は新たな立位バランス能力の向上の着眼点になる と考えられる。そこで、本研究は、力学的支持に 頼らない立位バランス能力の向上が期待される指 先触覚に着目し、これが高齢者の劣った立位バラ ンス能力を向上させることが可能か否かを明らか にすることを目的とした。 方 法 Ａ ． 被験者 被験者は、若齢者 40 名および高齢者 136 名で あった。各群の身体特性を表 1 に示した。高齢者 に関して、定期的に運動（公共の運動施設におい て週 2 回程度の頻度で自転車エルゴメータ運動お よびダンベルを使用した筋力トレーニング）を 行っている者を被験者とした。なお、高齢者群に は 60 歳以上 65 歳未満も含まれている。これは、 立位バランスの悪化が 65 歳よりもそれ以前の 60 歳から急激に始まっているためである12）。本研 究の目的や潜在的な危険性は被験者に口頭および 文書により説明し、文書でインフォームドコンセ ントを得た。本研究は、京都大学大学院人間・環 境学研究科人間情報・動物実験倫理委員会の承認 を受けて実施した（承認番号：20-H-21）。 Ｂ ． 立位平衡機能の測定 被験者は、床反力計（9281B，Kistler 社）上で の約 70 秒間の静止立位を開眼および閉眼条件下 でライトタッチ（light touch; LT）の有無 2 条件 で行った。すなわち、測定課題は、1）開眼− LT なし、2）開眼− LT あり、3）閉眼− LT なし、4） 閉眼− LT ありの 4 試行であった。これら試行は 無作為に実施した。両踵間の間隔を 10cm に規定 し、被験者には正面の目の高さに設定された視点 （5 cm × 5 cm）を注視するように指示した（開眼 条件）。閉眼条件は、一度注視点を見た後、閉眼 するように指示した。床反力垂直方向成分から前 後方向の足圧中心（center of pressure; CoP）およ び床反力水平成分から前後方向の身体重心加速度 （center of mass acceleration; ACC）を計測した。
LT は、 ス テ ン レ ス 台 に 固 定 し た 3 分 力 計 表 1．被験者の身体特性
Table 1. Physical characteristics of the young and elderly subjects. Number Age Height Body mass Male Female （yrs） （cm） （kg） Young 25 15 17.0±1.1 170.1±8.3 67.8±9.9 Elderly 41 95 65.5±6.3 153.5±8.0 56.2±7.7
（9251A，Kistler 社）に右人差し指で「軽く触れ る」こととした（図 1）。肩関節、肘関節および 手関節の位置は LT ありと LT なし試行で同じ位 置になるようにした。3 分力計により前後、左右、 上下方向の力を試行中モニターし、いずれかの方 向の力成分が 1 N を超過した試行は分析から除外 し、再試行した9）。1 N 以上になると力学的に姿 勢動揺を抑制する可能性が指摘されていること5） から 1 N 未満の試行を採用した。分析は CoP お よび ACC とも前後方向のみを分析対象としてい るため、指先接触力も前後方向のみ分析対象とし た。これら信号はサンプリング周波数 100Hz で 取得され、60 秒間のデータについて解析した。 1 ．姿勢動揺の大きさ 一般的な CoP 動揺の計測は、静止立位時にど の程度揺れたかを要約統計量（平均振幅，標準偏 差，実効値，外周面積，矩形面積など）により定 量化するものである。しかし、加齢に伴う要約 統計量の変化には、研究者間でコンセンサスが得 られていない。これは、CoP 動揺が非定常な系列 であり2）、複雑でとらえがたい変動であることに 起因している。CoP 動揺の軌跡長あるいは軌跡長 を解析時間で除した平均速度は、CoP 動揺の差分 系列であるため、非定常な CoP 動揺を定常な系 列に変換して求めていることになる。ゆえに、こ の評価値の再現性は高く、立位バランスの評価値 として、適切な出力変数である20）。CoP 動揺の 特性により数多く存在する要約統計量から本研究 は CoP 動揺の平均速度を採用した。CoP 動揺の 平均速度が速いことは単位時間当たりの動揺の軌 跡が長くなることを意味するため、この数値が 大きいほど立位が不安定であることを表す。ま た、ACC は定常な系列であることから ACC の変 動を定量するために標準偏差（standard deviation; SD）を算出した。ACC の SD は身体重心の動揺 の加速度、更には CoP と身体重心との差分16）を 意味するため、この数値が大きいほど立位が不安 定であることを意味する。CoP 動揺の平均速度お よび ACC の SD を算出する前に CoP および ACC 系列はバターワースフィルター法により遮断周波 数 15Hz で高域遮断を行った。 2 ．CoP 動揺の周波数成分 姿勢調節の前庭系および視覚系の情報と体性感 覚系の情報を分離して評価するために、CoP 動揺 の周波数解析を行った。高域遮断を施していない CoP 動揺系列のパワースペクトル密度を FFT 法 により算出した。CoP 動揺の 1 Hz 未満の低周波 領域では視覚系および前庭系の情報に基づく姿 勢調節と関連すること1）、1 Hz 以上の領域では、 体性感覚系の情報に基づく姿勢調節と関連するこ と17）から、CoP 動揺の 0 Hz から 1 Hz 未満を低 周波成分および 1 Hz 以上 10Hz 未満を高周波成 分として抽出した10）。 3 ．CoM の速度情報に基づく CoP 位置の制御 立位バランスを実現するためには身体重心 （center of mass; CoM）の速度情報に応じた適切な 足関節周りのトルクが重要である15）。CoM が前 方（あるいは後方）速度をもったときに足関節 底屈筋の活動による後ろ向き（前向き）トルク を生じさせることを意味する。両変数間の時空 間的関連性から COM velocity（CoMvel）の変化 に応じた足関節周りのトルクの正確性を評価可 能である。静止立位を倒立振子で近似すると、 CoP 位置変化は足関節周りのトルクの挙動を反映 する18）。したがって、CoMvel と CoP 位置の時空 間的関連性は CoM の速度情報に応じた適切な主 図 1．静止立位時のライトタッチの仕方
Fig.1. Schematic illustration of quiet standing with fingertip light touch （LT）.
働筋の活動を評価する指標となる6）。これを定量
するために CoMvel と CoP の相互相関関数（cross-correlation function; CCF）解析により相関係数の 正のピーク値を算出した。CCF の相関の強さは 両変数間の波形の類似性を示し、時間差は両変数 間の時間遅れ（いずれの変数が早く変化が起こっ ているか）を示している。CoMvel は前後方向の ACC の 1 回積分から算出した。CCF を計算する 前に、CoMvel および CoP 系列はバターワース フィルター法により遮断周波数 4 Hz で高域遮断 を行った15）。 4 ．指先接触力と CoP との関係 LT 時に指先接触力と姿勢動揺系列は類似し、 かつ指先接触力が姿勢動揺に時間的に先行して いることが知られている5）。この時空間的関連性 が、LT があらかじめ身体軸の傾きを認知し足関 節周りのトルク調節に関与していることを示して いる7）。そこで本研究は高齢者においても指先接 触力と CoP 動揺との関連性を検討するために、 前後方向の指先接触力と CoP 動揺の CCF の正の ピーク値を算出した。CCF 算出の前に、これら 時系列はバターワースフィルター法により遮断周 波数 4 Hz で高域遮断を行った。 Ｃ ． LT による主働筋の運動単位動員パターン の変化 静止立位バランスは、足関節周りのトルクを適 切に制御することが重要である6）。足関節周りの トルクは足関節底屈筋により調節されているた め、その筋の活動は姿勢動揺として出力される。 これまでは表面筋電図による検討が主であった が、本研究ではより詳細に検討するためにワイ ヤー電極法により運動単位活動電位を導出した。 被験者は、健常若齢男性 5 名（25.6±6.0 歳）で あった。なお、本追加実験は上記の被験者（若齢 者 40 名および高齢者 136 名）以外の被験者であっ た。LT なしおよび LT ありの静止立位中、ヒラメ 筋に挿入したステンレス製のワイヤー電極（直径 100μm）にて双極誘導により運動単位活動電位 を導出した。記録された運動単位活動電位は、ソ フトウェア（Spike2 ver6.04, Cambridge Electronic Design 社）より運動単位を同定した。 Ｄ ． 統計 本研究は開眼条件と閉眼条件を分けて統計処理 を行った。LT ありと LT なし条件（独立変数）で の出力変数値（従属変数）の比較は、一元配置分 散分析を用いた（例：開眼条件の CoP 平均速度 を従属変数とし，LT あり条件と LT なし条件を独 立変数とした）。同様に、LT 時における指先接触 力と CoP の CCF（従属変数）の若齢者と高齢者 （独立変数）の比較は一元配置分散分析を行った。 なお、姿勢動揺の大きさに性差はないため4）、本 研究では両者を区別せず平均値および標準偏差を 求めた。 結 果 Ａ ． 若齢者および高齢者の姿勢動揺の結果 図 2 に若齢者の LT なしおよび LT あり条件に おける閉眼条件の CoP 動揺、ACC および指先接 触力の典型例を示した。LT により CoP 動揺およ び ACC の振幅は小さくなった。また、指先接触 力は CoP 動揺波形と類似していた。 CoP 動揺の平均速度（開眼：F＝5.13, P＜0.05， 閉眼：F＝5.83, P＜0.05）および ACC の SD（開 眼：F＝4.66, P＜0.05， 閉 眼：F＝5.02, P＜0.05） とも LT により有意に低下した（図 3 上段）。こ れは先行研究の結果と一致した9）。CoP 動揺の各 周波数成分に着目すると、1 ∼ 10Hz の高周波成 分は LT による変化はなかった（開眼：F＝2.68, P＝0.11，閉眼：F＝3.41, P＝0.07）が、1 Hz 未満 の低周波成分（開眼：F＝11.05, P＜0.01，閉眼： F＝14.72, P＜0.01）は LT により有意に低下した （図 3 下段）。このことより LT による姿勢動揺の 低下は動揺の低周波成分に起因することが明らか になった。 高齢者の LT なしおよび LT あり条件における 閉眼条件の CoP 動揺、ACC および指先接触力の 典型例を図示した（図 4）。若齢者と同様に、LT により CoP 動揺および ACC の振幅は小さくなっ た。また、指先接触力と CoP 動揺波形も類似し ていた。 CoP 動揺の平均速度（開眼：F＝31.32, P＜0.01， 閉眼：F＝36.53, P＜0.01）および ACC の SD（開 眼：F＝31.60, P＜0.01，閉眼：F＝23.42, P＜0.01） とも LT により有意に低下した（図 5 上段）。LT による低下率は、若齢者（CoP 動揺：開眼 14%， 閉眼 16%；ACC：開眼 17%，閉眼 17%）に比べ
w/o LT
w/ LT
CoP (cm) ACC (cm/s2) LT force (N) Time (s) Time (s) 0 10 20 30 40 50 60 -2 0 2 0 10 20 30 40 50 60 -2 0 2 0 10 20 30 40 50 60 -8 -4 0 4 8 0 10 20 30 40 50 60 -8 -4 0 4 8 0 10 20 30 40 50 60 -0.5 0.0 0.5 1.0 図 2．若齢者のライトタッチなしおよびあり条件における閉眼条件の静止立位時（60 秒間）の足圧中心動揺、身体重心加 速度および指先接触力の典型例Fig.2. Representative examples of center of pressure （CoP）, center of mass acceleration （ACC）, and light touch （LT） force for a single trial in one young subject during quiet standing with eye closed condition for 60 sec with （right panels） and without （left panels） LT.
Time series data were low-pass filtered using Butterworth filter （cutoff frequency＝15 Hz）.
0.0 0.5 1.0 1.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 (cm/s2) (cm/s) (cm2) (cm2) w/o LT w/ LT C oP ve lo ci ty S D o f A C C P ow er [< 1H z] P ow er [1 -1 0H z]
*
*
*
*
*
*
C E O E C E O E EO EC EO EC 図 3．ライトタッチなし（□）およびあり（■）条件における静止立位時の足圧中心動揺の平均速度、身体重心加速度の 標準偏差、1 Hz 未満の足圧中心動揺成分、1 ∼ 10Hz の足圧中心動揺成分（若齢者 40 名の平均値±標準偏差） Fig.3. Mean velocity of CoP sway, standard deviation （SD） of ACC, frequency component of CoP sway below 1 Hz, and frequencycomponent of CoP sway ranging from 1 Hz to 10 Hz during quiet standing with and without LT in 40 young subjects.
Open and closed bars indicate the without LT and with LT, respectively. EO and EC indicate the eyes open and the eyes closed trials, respectively. * indicates the significant difference between LT conditions （P＜0.05）. Values are mean±SD.
w/o LT
w/ LT
CoP (cm) ACC (cm/s2) LT force (N) Time (s) Time (s) 0 10 20 30 40 50 60 -2 0 2 0 10 20 30 40 50 60 -2 0 2 0 10 20 30 40 50 60 -8 -4 0 4 8 0 10 20 30 40 50 60 -8 -4 0 4 8 0 10 20 30 40 50 60 -0.5 0.0 0.5 1.0 図 4．高齢者のライトタッチなしおよびあり条件における閉眼条件の静止立位時（60 秒間）の足圧中心動揺、身体重心加 速度および指先接触力の典型例Fig.4. Representative examples of CoP, ACC, and LT force for a single trial in one elderly subject during quiet standing with eye closed condition for 60 sec with （right panels） and without （left panels） LT.
Time series data were low-pass filtered using Butterworth filter （cutoff frequency＝15 Hz）.
図 5．ライトタッチなし（□）およびあり（■）条件における静止立位時の足圧中心動揺の平均速度、身体重心加速度の 標準偏差、1 Hz 未満の足圧中心動揺成分、1 ∼ 10Hz の足圧中心動揺成分（高齢者 136 名の平均値±標準偏差） Fig.5. Mean velocity of CoP sway, SD of ACC, frequency component of CoP sway below 1 Hz, and frequency component of CoP sway
ranging from 1 Hz to 10 Hz during quiet standing with and without LT in 136 elderly subjects.
Open and closed bars indicate the without LT and with LT, respectively. EO and EC indicate the eyes open and the eyes closed trials, respectively. * indicates the significant difference between LT conditions （P＜0.05）. Values are mean±SD.
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 (cm/s2) (cm/s) (cm2) (cm2) w/o LT w/ LT C oP ve lo ci ty S D o f A C C P ow er [< 1H z] P ow er [1 -1 0H z]
*
*
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C E O E C E O E EO EC EO EC図 6．若齢者および高齢者のライトタッチなしおよびあり条件における身体重心速度と足圧中心動揺の相互相関関数、お よび指先接触力と足圧中心動揺との相互相関関数の典型例
縦軸は相関係数を示しており、正の相関が強いほど両変数間の類似性が高いことを示し、負の相関が強いほど両変数間の 類似性が 180 度の位相差で強いことを示している。横軸は時間差を示しており、正の時間差は、身体重心速度および指先 接触力が足圧中心動揺より早く変化したことを示している。
Fig.6. Typical examples of cross-correlation function （CCF） from center of mass velocity （CoMvel） to CoP displacement （upper panels）, and CCF from LT force to CoP displacement （lower panels） during quiet standing for 60 sec in the young （left panels） and elderly （right panels） subjects.
Vertical axes present normalized CCF. Higher positive CCF indicates strong similarity between variables. Higher negative CCF indicates strong similarity between variables in opposite phase. Horizontal axes present time lag. Positive lag indicates CoM velocity （upper panels） and LT force （lower panels） preceded CoP displacement.
Bold and gray lines indicate LT and without LT conditions, respectively.
Time lag (s) w/o LT w/ LT C C F C C F C C F C C F Time lag (s)
y
lr
e
d
l
E
g
n
u
o
Y
CoMvel vs. CoP LT force vs. CoP -10 -5 0 5 10 -0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8 -10 -5 0 5 10 -0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8 -10 -5 0 5 10 -0.6 -0.3 0.0 0.3 0.6 -10 -5 0 5 10 -0.6 -0.3 0.0 0.3 0.6 図 7．若齢者および高齢者のライトタッチなし（□）およびあり（■）条件における身体重心速度と足圧中心動揺の相互 相関関数のピーク値Fig.7. Positive peak value of CCF calculated from CoMvel to CoP with and without LT in the young （left panels） and elderly （right panels） subjects.
Open and closed bars indicate the without LT and with LT, respectively. EO and EC indicate the eyes open and the eyes closed trials, respectively. Values are mean±SD.
0.0 0.5 1.0 0.0 0.5 1.0 w/o LT w/ LT C C F C C F EO EC EO EC y lr e d l E g n u o Y
高齢者（CoP 動揺：開眼 22%［F＝4.65, P＜0.05］， 閉眼 28%［F＝13.96, P＜0.01］；ACC：開眼 39%［F ＝13.84, P＜0.01］，閉眼 38%［F＝14.10, P＜0.05］） は有意に大きかった。若齢者と同様、1 ∼10Hz の高周波成分（開眼：F＝3.60, P＝0.06，閉眼：F ＝2.26, P＝0.13）は LT による変化はなかったが、 1 Hz 未 満 の 低 周 波 成 分（開 眼：F＝70.75, P＜ 0.01，閉眼：F＝59.15, P＜0.01）は LT により有 意に低下した（図 5 下段）。 Ｂ ． CoMvel と CoP 動揺および指先接触力と CoP 動揺との関連性の若齢者と高齢者の比較 若齢者（図 6 左）および高齢者（図 6 右）の CoMvel と CoP 動揺との CCF（図 6 上段）およ び指先接触力と CoP 動揺との CCF（図 6 下段） の典型例を図示した。いずれの群も LT により CoMvel と CoP 動揺との正のピーク値が増加し た。また、正のピークが正の時間差であること から CoMvel が CoP 動揺より時間的に先行して いた。指先接触力と CoP 動揺との CCF の正の ピーク値は正の時間差であったことから、LT が 姿勢動揺より時間的に先行していたことが確認さ れた。この先行時間はすべての被験者で 250 ∼ 280ms であった。CCF 波形に若齢者と高齢者の 差異を見いだすことはできなかった。 CoMvel と CoP 動揺との間（図 7）および指先 接触力と CoP 動揺との間（図 8）における CCF の 正ピーク値の平均値を図示した。若齢者（開眼： F＝2.45, P＝0.12，閉眼：F＝3.06, P＝0.08）およ び高齢者（開眼：F＝3.47, P＝0.06，閉眼：F＝2.97, P＝0.09）とも LT により CCF のピーク値が高く なる傾向を示した。しかしながら、いずれの変数 間も LT ありと LT なし条件で統計的に有意では なかった。 図 8．若齢者および高齢者のライトタッチあり条件に おける指先接触力と足圧中心動揺の相互相関関数の ピーク値
Fig.8. Positive peak value of CCF calculated from LT force to CoP with LT in the young （hatched bars） and elderly （shaded bars） subjects.
EO and EC indicate the eyes open and the eyes closed trials, respectively. Values are mean±SD.
0.0 0.5 1.0 young elderly C C F EO EC 図 9．ライトタッチなしおよびライトタッチあり条件の静止立位時におけるヒラメ筋の運動単位活動 電位の典型例
Fig.9. Typical examples of 10-s time series of motor unit action potential in soleus muscle during quiet standing for 60-s with （right panel） and without （left panel） LT.
Upper and lower panel indicate that time window is 10-s and 1-s, respectively. Filled cycles indicate different motor units action potential.
1 s 10 ms 1 mV
w/o LT
w/ LT
●● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●指先接触力と CoP 動揺との CCF のピーク値 は若齢者と高齢者では有意差は認められなかっ た（開眼：F＝0.64, P＝0.83，閉眼：F＝0.24, P＝ 0.62）。この結果は、高齢者においても若齢者と 同様、LT が姿勢動揺に影響を及ぼしていること を示している。 Ｃ ． LT による運動単位の動員パターンの変化 足関節周りのトルクの変動に強い影響を与える 運動単位の動員パターンをワイヤー電極法により 検討した（図 9）。LT なし条件に比べ LT あり条 件ではこの環境で取得された運動単位の動員の数 （図中の●）は減少した。更に、LT により動員さ れる運動単位の活動電位の振幅は小さくなった。 これは、LT により動員閾値の高い運動単位が参 加しなくなったことを示している。 考 察 本研究は、力学的支持に頼らない立位バランス 能力の向上が期待される指先触覚に着目し、これ が高齢者の劣った立位バランス能力を向上させる か否かについて検討した。 Ａ ． ライトタッチの姿勢動揺に及ぼす影響 高齢者においても若齢者と同様、ライトタッチ により CoP 動揺の平均速度および CoM の ACC の振幅は減少した。ライトタッチによる立位バラ ンスの安定性は、指先の力学的支持ではなく指先 触覚による求心性情報に起因すると考えられてい る5）。その根拠は、指先接触力が 1 N 未満と小さ く身体を支持するには不十分であること、指先接 触力系列が姿勢動揺に約 300ms 先行しているこ とである。本研究の高齢者においても、指先接触 力は 1 N 未満であり、CoP 動揺より 250 ∼ 280ms 先行していた（図 6 参照）。したがって、高齢者 のライトタッチによる姿勢動揺の減少は、力学的 支持ではなく指先からの求心性情報による中枢神 経系で適切な処理が行われたことが起因している と考えられた。静止立位時の ACC は CoM と CoP の相対的位置関係を反映する16）。したがって、 ライトタッチにより ACC の振幅が小さくなった ことは、CoM と CoP の床面に投写したときの距 離が近くなったことを意味し、ライトタッチによ る高齢者の CoM の変動に CoP がよく追従する一 助になっていると考えられた。 CoP 動 揺 の 周 波 数 成 分 に 着 目 す る と、1 ∼ 10Hz の高周波成分は LT による変化はなかった が、1 Hz 未満の低周波成分はライトタッチによ り有意に低下した（図 3）。したがって、ライトタッ チによる立位バランス能力の向上は姿勢動揺の低 周波成分に関与するといえる。姿勢調節系は、前 庭系、視覚系、体性感覚系の情報を基にしたフィ ードバック調節系を主体としていると考えられ ている19）。これらのフィードバックの姿勢調節 への関与を抽出するために、これまで CoP 動揺 の周波数解析が行われてきた。1 Hz 未満および 1 Hz 以上の CoP 動揺は、それぞれ視覚系、前庭系 および体性感覚系の情報を反映していると考えら れている10）。本研究のライトタッチによる立位 バランスの向上は体性感覚情報が前庭系や視覚系 に働きかけ、これら系の情報が感覚野で統合され 姿勢調節に貢献している可能性が示唆された。 ライトタッチによる姿勢動揺の減少の程度は若 齢者に比して高齢者で有意に大きかった（図 5）。 これは、そもそも高齢者の姿勢動揺が若齢者より も大きいこと13）が関与している。しかし、開眼 条件に比べ閉眼条件では減少の程度は更に大きく なっていることから、高齢者のライトタッチによ るバランス能力の向上は、指先触覚が視覚情報を 補う重要な情報源であると推察された。 立位バランスは、CoM の速度情報を基に足関 節周りのトルクを制御することで達成される。二 足立位姿勢を倒立振子で近似すると足関節周りの トルクの変動は CoP 位置と比例する18）。したがっ て、CoM の速度情報に応じた適切な CoP 位置を 決定することが、安定した立位を実現する重要な 制御と考えられる。本研究の結果、ライトタッチ により CoMvel と CoP の CCF は高くなった。こ れは、上述の制御機構がライトタッチにより安定 したことを意味している。 指先接触力は CoP と相関した。その程度（相関 係数の大きさ）は、若齢者と高齢者で差がなかっ た（図 8 参照）。このことは、高齢者においても 若齢者と同様のライトタッチ効果をもつことを意 味している。指先接触力、CoMvel、CoP の相関 係数の正負および時間差から考えて、ライトタッ チによる指先接触が CoM の速度情報を感知し、 足関節周りのトルクを調節しているという順にな
る。これは、ライトタッチによる指先触覚入力は 身体軸の傾きを与えていると考えられる。通常、 この入力は視覚情報により主として与えられてい る。しかし、ライトタッチを付加することで、よ り身体軸の傾きを正確にとらえ、適切な足関節周 りのトルクを制御することにより高齢者のバラン ス能力が向上したと推察される。 Ｂ ． ライトタッチによる足関節底屈筋の運動単 位動員パターンの変化 ヒトの立位姿勢は大まかに近似すれば倒立振子 モデルで表現できる。このとき振子の回転中心が 足関節になる。立位中の前脛骨筋の活動は無視で きるほど小さい10）ので、足関節周りのトルクは 足関節底屈筋が調節している。したがって、足関 節底屈筋の活動の変動は足関節周りのトルクの変 動、更には姿勢動揺の振幅に影響を与える。立位 中の足関節底屈筋の活動については表面筋電図お よび筋音図により評価されてきた8）。しかし、こ れら出力変数は多くの運動単位活動の干渉波形で あるから、個々の運動単位の動員パターンを特定 することは不可能である。そこで本研究は、ワイ ヤー電極法により運動単位活動電位を導出した。 その結果、ライトタッチなし条件では、多くの運 動単位が参加し、かつ相対的に大きな振幅の活動 電位が含まれていた。また、個々の運動単位の発 火時刻は同期する傾向にあった。大きな運動単位 の動員および発火時刻の同期は、張力変動を増 大させる14）。その結果として姿勢動揺が増幅す る。一方、ライトタッチにより運動単位の参加数 は減少し、更に大きな振幅の活動電位は消失し、 個々の運動単位の間隔は広くなった。ライトタッ チにより足関節底屈筋の活動は張力変動を抑制す る運動単位の活動パターンを誘発することが推察 される。これらの結果より、指先触覚入力によ る CoM の速度情報の付加が正確な身体軸を与え る。これにより高閾値運動単位の参加と同期を抑 制し、足関節底屈筋は、活動の変動が小さくても CoMvel に応じた足関節周りのトルクを与えるこ とが可能と考えられる。本研究では、運動単位活 動電位を若齢者のみで検討しているため、ライト タッチによる運動単位の動員パターンが高齢者で も同様か否かは不明である。しかしながら、姿勢 動揺に及ぼすライトタッチの効果が若齢者と高齢 者で同等であったため、高齢者においても、ライ トタッチにより運動単位の動員の仕方は変化した と推察される。 現在、立位バランスを向上させ、転倒を予防す る補助器具として「杖」が最も普及している。杖 は安価でかつ持ち運びや使い方が容易であること から、高齢者が日常生活において使用する補助器 具として適している。杖による立位バランスや歩 行バランスの向上は、力学的な支持によるという バイオメカニクス的観点から説明がつく。しかし ながら、加齢に伴い、筋力・筋量のみならず骨密 度も減少する13）ため、杖を持つ動作およびそれ を用いて床面と身体を支持すること自体が上肢の 骨折、更には転倒を誘発する可能性が十分に考え られる。例えば、杖をつく面が変化した場合（例 えば，段差がある，摩擦係数が劇的に変化するな ど）、杖と床面の接触力は予想以上に大きくなり、 それを支持するための上肢・体幹の骨格には大き な負荷が必要となる。したがって、杖は力学的な 支持という面では有効ではあるが、特に後期高齢 者にとっては骨折・転倒の危険性も含んでいるこ とが考えられる。本研究の結果、ライトタッチ効 果により立位バランスが高齢者においても向上す ることが明らかになった。杖を使用する場合の握 るという動作とライトタッチ動作は異なるが、杖 を使用する場合には、杖という物を介して固定面 からの反力を常にモニターしていることが指摘さ れている5）。したがって、杖をつく動作は、杖を 介して固定点にタッチしている動作といえる。す なわち、高齢者にとって杖の有効性は、力学的支 持のみならず感覚情報を基にした姿勢の制御にも 貢献していると推察できる。本研究の結果は、後 者の感覚情報の貢献という杖の役割を強調し、杖 をつくことが困難あるいは身体に負担となる高齢 者や外科的内科的な患者にとって、力学的支持に 頼らない神経系の制御面で立位バランスに貢献す る補助器具開発のきっかけとなると考えられる。 統 括 本研究は、力学的支持に頼らない立位バランス 能力の向上が期待される指先触覚に着目し、これ が高齢者の劣った立位バランス能力にどのような 影響を及ぼすか検討した。その結果、ライトタッ
チにより姿勢動揺は減少した。この減少の程度は 高齢者が若齢者よりも有意に大きかった。更にラ イトタッチは身体重心の速度情報を基にした姿勢 制御に貢献し、立位姿勢の主働筋の運動単位活動 に影響を及ぼした。すなわち、指先触覚入力によ る正確な身体軸の情報が足関節底屈筋の高閾値運 動単位の参加と同期を抑制し、この運動単位の動 員パターンが姿勢動揺に応じた足関節周りのトル クを正確に与える。これらライトタッチによる姿 勢制御則が高齢者にも適応し、高齢者の劣った立 位バランス能力を向上させることが示唆された。 謝 辞 足関節底屈筋の運動単位導出に関して木村哲也氏（京都 大学大学院人間・環境学研究科）の協力を得た。ここに記 して深く感謝の意を表します。本研究に対しまして助成を 賜りました財団法人明治安田厚生事業団に深く感謝申し上 げます。 参 考 文 献
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