脳卒中患者の機能回復のた
めの基本ハンドリング
誠愛リハビリテーション病院林克樹
2011年12月脳ー身体ー環境
脳
身体
環境
知覚 入力 制御 指令 筋 骨格系・ セン サー受容器 環境入力 行動指令 外部 ダイナミ クス 内部 ダイナミ クス シ リーズ移動 知 身 体適応よ り中 枢神 経疾患 の問題 点
姿勢・反射の問題 嚥下・発話・咀嚼・呼吸・歩行記憶・情動・感情・意欲
失 行 失 認 失 語コミュニケーション
A D L ・ 在 宅 生 活 ・ 社 会 生 活 と 参 加
運動・行動
感覚・知覚・認知
脳の機能回復とリハビリテーション
サンティアゴ・ラモン・イ・カハール (スペイン)損傷した神経細胞は再生しない。
損傷した脳の機能は回復する。
残存神経細胞は、可塑的に変化して機能を補う
損傷した脳は回復しない
1852年~1934年 1906年 ノーベル賞 受賞 (神経系の構造研究・ニ ューロン説) 神経 解剖学者可塑性
＋
−
脳の機能回復
学習をどのように援助するか
より良い環境の提供補助・補正
代行作用 （
Vicariation)
L 70歳 男 性 脳 梗塞 発作 10 6 日 目 58歳 男 性 脳 梗塞 発作 10 2 日 目 71歳 男 性 脳 梗塞 発作 11 2日 目Premotor Cortex Is Involved in Restoration of Gait in Stroke
Ichiro Mi yai, M.D ., Ph.D. 1, Haji me Y agura, M.D. 1, Ichiro O da, P h.D . 2, I kuo Konis hi,
Ph.D . 2, Hideo Eda, P h.D. 3, Ts unehi ko S uzuki , M.D. , P h.D. 1, and Kisou Kubota, M.D. ,
Ph.D . 1. Control Facilitatio n Control Facilitatio n 運動 前野の働 くことが 歩行 回復 に重要 (Ann Neurol 2002:52;188-94. )
丹治より
並列的処理
重 層 的 処 理
4つの運動のレベルの協調
汎 用 性 運 動 複合運動 ・ 生得的行動反射運動
自動化されてない運動
自動化された運動
階層処理
局 面 ・ 状 況 ・ 要 求 に 対 応 し た運 動 随 意 的 選 択 ・意 識 的 制御 サ ッ ケー ド ・ 追 跡 眼 球 運 動 歩 行 ・ 咀 嚼 ・ 呼 吸,発 声 ・ 嚥 下 学 習 に よ って つ く られ た運 動 パ ターン 化された運動脊 髄
脳 幹
大 脳 辺縁 系
大 脳 皮 質
体 性感覚 特 殊感覚 視 覚・聴覚 ・平衡 感覚・嗅 覚・味覚 皮 膚感覚・ 固有感 覚・内臓 感覚 見 当 識 情 動状態 覚 醒状態 緊張・リラ ックス感 覚 情 報 の 機 能 的 意 義
サッケード ・ CPG・ 筋緊 張の レベ ル 随意 運動・行動 情 動行動・ 反応 パ タ ー ン 運 動 脊 髄 反 射 闘争・逃 走 認知・注意感覚情報の機能的意義
• 感覚情報は運動の開始や調節に重要である。
• 脳損傷による運動障害は、損傷に伴う感覚障
害のみな らず 、運動による感覚の生成ができ
ない。そのため 失う感覚情報量が多い場合に
は、「自己存在感」さえ も喪失する可能性があ
る。 「自己存在感」は辺縁系や脳幹で 生成さ
れる「情動」や「意識レベル」と 密接に関係する。
高草木 薫 運動 機能の神 経機構 p16 移動 知 2010SENSORY AND
PROPRIOSEPTIVE
CONTROLS
これらは中枢システムが効果的な目的、
機能を達成するために、外界からの情
報を選択的に受理し、統合し、個々の
運動行動の適応性によって環境に適
応することを可能にする。
姿勢と運動制御
我々は姿勢と 運動の変化を通して 、あら
ゆ る環境場面と 環境の変化に対して 適
応して いる。
環境への自己身体の適応
環境操作による適応
二つの適応能力
知覚・認知
学習
• 姿勢と運動は我々が外界と相互作用
する唯一の物理的な手段であるととも
に思考や情動も姿勢や運動を介して
外界に表出される。
• 姿勢制御はタスクを自動的に遂行す
るための計画とプログラムにより実現
される予測的過程である。
• 運動や行動の実現は姿勢制御が担っ
ている。
V.B.Brooks
1986
姿勢制御システム
• 姿勢制御は固体が運動課題と環
境と交流することにより生じる。さ
らに空間にある自分の身体位置
を制御する能力が筋骨格系と神
経系の複雑な交流から生まれる。
Motor control Anne Shumway -cook Marjorie H.Woollacott p502
姿勢コントロール
• 姿勢コントロールには適応性と予測性の
両方の要素が含まれる。
• 姿勢コントロールの適応的要素は、課題と
環境が変化すること に対応し て，知覚と 運
動シス テム が適宜修正できることを意味す
る。
• 予測的要素は、要求された行動や自ら行
う姿勢と 運動を前もって 調整する知覚運動
システムを意味する。
Shumw ay-cook and Woollacott , 1995
Motor Control
THIRD EDITIONAnne Shumw ay‐Cook
Marjorie H.Woollacott 2010/9/10 ブ ラ ジル IBITA会 議にて
姿勢制御と身体イメージ
• 運動をコントロールする場合は、対象や周り
の空間情報な どの絶対空間的な座標系(外
界を中心とし た座標系)の情報のほかに、自
己の身体の構造、自己の身体の部分、その
位置、姿勢、および周囲の空間
(Peripersonal spase)と の関係つまり自己身
体中心的な 座標系の情報が必要で ある。こう
した身体についてダイナミックな 意識を身体
感覚、身体イ メージ ないし身体図式と呼ぶ。
ロボット情報学ハンドブックより 村田哲座位から立ち上がりの
Key points
靴下を着脱する際のバランス
靴下を履く Postural tone Reciprpcal Innervation PatternsSensory and Prploceptive controls
Central Postural Control Mechanism
正常中枢性姿勢制御機構
姿勢トーン
Postural Tone
相反神経支配
Reciprocal Inne rvation
多様な運動ﾊﾟﾀ ｰﾝ
Various Selective
Moveme nts
Sensory and Proprioseptive Controls
Central Postural Control Mechanism
到 達動作 時の対 側の上 肢機能
支 持 機 能 と バ ラ ン ス 機 能
体 幹 と 上 肢 ・ 下 肢 の 協 調
外側下行路系（運動）と内側下行路系（姿勢）
一 次運動 野 脳 幹網様 体 内 側下行 路系 外 側下行 路系 （ 外側皮 質脊髄 路） 補 足運動 野 上 ・下肢 、特に 上肢の 繊細な 随意運 動機能 遠 位屈筋 群の活 動を制 御する （対側 支配） 随 意運動 に随伴 する姿 勢 反 射や筋 緊張を 制御す る。 特 に、近 位伸筋 群の活 動 を 制御す る（両 側支配 ） 高草 木より 遠位筋運 動細胞 3.1 .2 4 6 赤核 外側皮質 脊髄路 （90-9 5%） 赤核脊髄 路 後索核 後角 体幹・近 位筋運 動細胞 上丘 外側 前庭核 前皮質脊 髄路 （5-1 0%） 網様体脊 髄路 視蓋脊髄 路 前庭脊髄 路 脳幹 網様体 4 6 小 脳 大脳 基底核 外側運動制御系；精緻運動 内側運動制御系；姿勢・歩行内側・外側運動制御系とその調節機構
脊髄 脳幹 大脳皮質 辺縁系 視床制御機構
フィードフォワード制御
ある事象が検出された場合、それに対処する制御
操作を事前に決めておき、それを実行することに
よってシステムを制御する。
フィードバック制御
制御対象の出力値を事前に決めておいた出力値
と比較し、その誤差を入力に帰還し、制御操作を
調節する。
あらかじめ制御対象、例えば手、足、道具の動特性を 知っておかな ければならない。適応的姿勢制御
姿勢制御
フィードバック
フィードフォワード
感覚情報
統合され た情報 と情報を 基にした プロ グラ ム生成運動表出
脊
髄
大脳 皮質・連合野 選択・調 節機構セ ラ ピ ス ト の 介 入
基底核・小脳 脳 幹 予測性姿勢制 御物品操作の制御
• 物品操作の制御には、反射運動、
随意運動の両方とフィードバック、
フィードフォワードの両過程を伴って
いる。
Motor control Anne Shumway -cook Marjorie H.Woollacott p449
学習のために
• 問題解決のため に環境を変える • フィードバック・フィードフォワードの方法を考える フィードバックはSensoryが伝わることでおこる フィードフォワードは出力のための準備段階が重要 • 一つのタスクでいろんな経験をさせる • ひとつのセッションで一つのタスクにする • 課題は環境に似て(環境に般化するもの)、環境に移行でき ないといけない • 学習のはじめはたくさんの正常に近いfeedbackが必要 • 患者さんが理解することを教える • 代償について考える(代償は何かが欠けているときに起きる) • バランスのために選択性(選択的動き)、先行随伴性姿勢調 節が必要 誠愛リ ハビリ テー ショ ン病院 ２ ００８ 年 〇林克 樹（OT ）・ 清水志 帆子 （OT） ・深 堀栄一 （Ｐ Ｔ） 九州大 学大学 院工 学研 究院 坂井伸 朗（教 員） ・村 上輝夫 （教員 ）上肢治療用ロボット開発
２００８年２日本 作業療 法学会・理 学療法 学術大 会発表着座状態での到達把持動作支援
・体幹（前後屈 曲＋左右 揺動＋ひね り） ・股関節（着座 状態） 股関節 機構の 試作 謝辞：こ の内容 は福 岡県 ロボッ ト産業 振 興会議 の支援 で 行わ れてい ます 体幹 ３軸 駆動 部位 上腕角 度測 定器 足支持 重心 動揺 計 運動計測をすると きは 到達目標に 取り付けられた LEDが発光 デー タの記録が 開始される ス タートを押すと LEDの 発光が 動 作開 始の 合図 Waist[ de g] Sc apu l a[ de g] Swin g[ de g] Twist[ de g] Hip[ de g] Up pe rLim b[de g] Re ac h in g Mo tio n - 20 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 00 0 1 2 3 4 5 Time [s] A n gl e[ de g] Re ach in g Mo tio n -20 0 20 40 60 80 100 0 1 2 3 4 5 Time[s] A n gl e [d eg ] ２０１０年 誠 愛リハビ リテーショ ン 病院と九州大 学大学 院工学 研究院 機会工学 部との 共同研 究よ り Reaching Motion -20 0 20 40 60 80 100 0 1 2 3 4 5 Time[s] A ng le [d eg ] 体 幹屈曲 制動 体 幹回旋 制動 正 常な到 達把持 動作 LED 点灯 後0.95 秒 LED 点灯 開始 LED点灯後 0.57秒 臀部COPの軌跡（上方 把持・制動なし） 足部COPの軌跡（上方把 持・制動なし） 到達把持LED 点灯後1,97秒 後 到達把持LED 点灯後1,97秒 後Ｋｅｙ ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ
徒手的介入
姿勢や運動を調整すると 同時に、より正
常な 姿勢や運動を促通する身体の一部
徒手による調整
徒手による修正
学
習
促 通 抑 制セラピストがそこから運動のつながりを制御する
あるいは反応の促通や抑制をする場所
徒手的誘導前後の手の
Shapingの改善
視 覚刺 激に対する セラピ ストの 手の誘 導 痙 性と異 常運動 パターン の修正 治療前 治療後 到達反応速度と手のShapingの改善 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 0 1 2 3 4 5 6 7 到達 運動時間 誤反 応数治療前後と 治療実施に伴う変化
2 回 1 回 3 回 4 回 3 回 2 回 1 回 4 回 回 秒 治 療前 治 療後Ｂｏｂａｔｈ
夫妻 と Ｍｒｓ． Ｂｒｙｃｅ
Bobath approach
1998 片麻痺の評価と 治療より 1944Key points of control( 徒手的介入) を考え つく
Bobath approach
中枢性姿勢制御の重要性
Anne Shum way-Coo k
Marijorie H.Woollacott Mortor Control よ り 2001年 歩 行し ながら 骨盤 を回旋さ せると 両下肢 の外 旋が 引 き 出され、 ﾊﾞﾗﾝ ｽ及び 歩行ﾊ ﾟﾀｰ ﾝが 改善され る｡ B obathアプロ ーチ 1972 成人 肩麻痺の 評価と治療
上肢・手の治療
ＴＩＰｓ
Tone Influencing Patterns
より正常なﾊﾟﾀｰﾝへと導くために
異常な運動ﾊﾟﾀｰﾝを修正し、過
緊張を減弱しその出現を予防し
たり、低緊張を高めるために使
われる正常な運動ﾊﾟﾀｰﾝ
① ゴールセッティング 患者は何がしたいか 何ができるか ② ゴールに必要なコンポーネントを分析し、どのような コンポーネントが足りないか探す、今日で きるコンポーネ ントを探す実際の問題解決に目を向け取り組む
③ メインの問題を明らかにする ⑤ 患者の学習の過程を探す、学習のプロセスを考える ⑥ メジャメントを見つける(患者にとって適切か? ゴールに 向かった評価を探す) ⑦ 患者がどう理解しているかチェックする ④ 患者の治療姿勢・課題を探すＫｅｙ ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏａｌ
遠
位
中
枢
近
位
環境適応行動の様々な 場面で用いる
徒手的誘導と修正を含む
促通と抑制
座位
立位
歩行
重心移動 支持基底面の変化環境の変化
左右の下肢の変化 頭部の変化 体幹・骨盤の変化臥位
姿勢の変化運動・行動の変化
0.275秒 0.564秒 0.3 秒 0.2 0 0.1脳卒中患者と健常者の単純反応時間の比較
健常者群右片麻痺群
左片麻痺群
0.5 0.664秒 0.439秒患者群
１ ９８５∼ １９９ ０年 林・渕・浅海1野・２野のニューロンは、皮膚・
関節・筋膜の機械受容器の圧迫
によって、興奮する。触覚刺激
によるものではない。
２００６年 ボバースジャーナル 久保田 競 よりPOSTURAL SET
POSTURAL S ET の範囲で運動のゴールを
達成するために選択運動は遂行される。
姿勢と姿勢との間が重要
患者は非対称姿勢をとることが難しい
アライメントを取り戻すようにチャレンジする。
重力は運動をアシストしている。
予測的運動過程
• Brooksは、姿勢制御は目的とする随意運
動機能を実現するための予測的運動過程
と述べて いる。
• 予測的運動過程は、大脳皮質と大脳基底
核、小脳と を結ぶ認知ループと 運動ループ
の働きにより生成される運動プログラムを
必要と する。
2010年BRAIN and NERVE
脳幹・脊 髄の神経機 構と歩行 高草木 より
予測的運動行動
予測的行動は大脳基底核に
よって支えられている
記憶依存的あるいは予測的なニューロン
活動は補足運動野や前頭連合野で観察さ
れる
価値判断は辺縁系（扁桃体や海馬）から線
条体への入力
脳の科学Ⅱ
彦坂より
運動の準備
外部の信号を検地してから運動の実行までのさま
ざまな過程を含んだ意味で用いられる
運動の記憶から適切な運動を選択する過程 運動の計画、構成 運動のプログラムの過程 ・運動の準備は運動プログラミングや神経回路の機能 的な調節過程が含まれる。 ・準備状態では大脳皮質から脊髄の神経回路網の往復 性の調節が行われて いてる 武井よ り 運動と高 次神経機 能 ・運動準備では、運動実行に用いられる神経回路の効率 を高める役割を持っている。座位から立ち上がりの
Key points
たくさんの
Key pointsがある
座位からの立ち上がりの
Key Points of control
支持基底面
Base of Support支持基底面は人が環境から求
心性の情報と対話する支持の
表面である。これは固有感覚と
同様に認知を含む。
ＢＯＳ
Frame of reference(参照枠)
• 脳が空間を認識する際に基準となる
枠組み
• 自己を基準とする参照枠
• 決められた場所を基準とする参照枠
• その物体を基準とする参照枠
身 体運動 学 樋 口・森岡2008.11よ り支持基底面に対する正確な 重心移動
筋緊張の調整の必要性
運動指令を正し く遂行するため に
は、基礎とな る筋緊張（トーヌス）
のレベルが適切に保たれていな
くて はな らな い。
運 動の神 経科学よ り 2000年 脊 髄 抑制系 促通系筋緊張の制御（上位中枢と神経伝達物質）
大脳 基底核 大脳皮質 小 脳 GAB A ① ② ③ ④ コリン作動系 ⑤ モノアミン作動系 上位中枢は， 抑制系と促通系に作用して 筋緊張を制御する ① 大脳皮 質；抑制系・促通 系 ② 大脳基 底核；抑制系を抑 制 ③ 小脳； 促通系（前庭脊髄 路） 神経伝達物質の作用により 筋緊張レベルは変化する ④ コリン 作動系；抑制系 ⑤ モノア ミン作動系；促通 系 高草木より筋緊張の分類
Hypertonia Hypotonia 正常 過緊張 弛緩 重度 中等 度 軽度 軽度 中等 度 重度 抵 抗が非 常に強く動か ない 運 動は 全体的 ﾊﾟﾀｰﾝと し て現れ、 選択性に かける 運 動時に痙 性が 増加する が、 しばらくする と 低下する ま ったく抗重 力姿 勢を 維持で きない か、か なり 限定 される あ る程度 性的 バラン ス を維 持 でき る。正 中線か ら姿 勢の配 列が ず れた ときに、 姿勢 を保 持で き ない 静 的な 姿勢 は維持 できる 。動的 な姿 勢運 動が困 難 High tone Low toneヒトの筋緊張制御系
筋緊張促通系 筋緊張抑制系 促 通性網 様体脊 髄路 前 庭脊髄 路 モ ノアミ ン下行 路系 抑 制性様 体脊髄 路 皮質脊髄路 GABA 筋緊張 は促通 系と抑 制系の バラン ス で制 御される ． 上位脳 （大脳 皮質・基 底核・小 脳） や 脳幹の コリン 作動系・ モノア ミン 作 動系は 促通系 と抑制系 の興奮 性 を 調節する ． 上位中 枢や神 経伝達 物質の障 害 は 筋緊張 の異常を 誘発する ． 高草木より筋緊張制御における橋網様体の役割
A B Serotonin, Carbachol Decerebration 基底核 大脳皮質 Stimulation 単シナプ ス反射亢進 促通 単シナプ ス反射抑制 抑制 CDP 単シナプス 反射 PBSt 1.2T Control 橋網様体 高草木より 感覚性 フィードバック 歩行リ ズム生成 (CPGs) 歩行パ ターン形成 (intern euron s) 歩行パ ターン出力 (Moton eurons)歩行運動
筋緊張 促通系 筋緊張 抑制系 筋緊張 制御系 歩行リズム生成系 脊髄 R e tic u lo s p ina l M o n o a m in e rg ic筋緊張はどの様に歩行リズムを修飾するのか？
大脳皮質・大脳辺縁系・大脳基底核・小脳
下行性 信号 Reticul ospinal筋緊張の制御系（抑制系）の働き
歩行と筋緊張・リズム生成
（ヒラメ筋運動細胞）
1 secMLR sti mul ati on
Standing phase Postural setting Locomotion
E xcitation 筋緊張の増加 E xcitation-Inhibiti on 歩行リズム 歩行 運動 には，筋緊 張を制御 する仕組みと 歩行リズムを生成 する仕組み が重要 歩行リズムの 生成 には，筋活 動を増加させる仕 組みと低下さ せる仕組みが 必要 高草木より
皮質脊髄路
(錐体路)の神経線維連絡
(6・4・3・2・1・5野)大 脳 新 皮 質
介 在 ニュ ー ロ ン
運動ニューロン
皮質下核
感覚核
イ ン テ リ ジェ ン ト ター ミナ ルWhere システム What システム Ｈｏｗシステム 到達運動PRR サッケードLIP 把握運動AIP 追跡眼球運動MST ＰＲＲ Ｍ ＳＴ ＬＩＰ ＡＩ Ｐ 身体感覚に関わる頭頂葉−運動前野のネットワーク 村田哲 ２００７ 自己 認識 に関わるミラーニューロンシ ステム
頭頂葉と運動前野の役割
• 頭頂葉で処理された情報は、自分自身と自
己を取り巻く周囲の世界を認知すること に使
われるが、同時にその情報は、固体が外界
に働きかける動作を行うため に欠くこと のでき
ない情報でもある。
脳と運動 丹治順頭頂葉の機能
• 視覚フィードバック、体性感覚フィードバック、遠心性
コピーの三つの要素は、自己の運動の認識にとって
重要(村田哲)。
• 感覚フィードバックと遠心性コピーの間に不一致が
起きたときには自己の身体意識が崩れる。
(Shimada S,Hiraki K,Neuroimage,2005)
• 視覚フィードバックに関わる頭頂葉のニューロンの
多くがミラーニューロンとしての性質を持っている。
• PGF野のミラーニューロンが自己の運動の視覚
フィードバックに関わっていると考えられる(村田哲) 。
高次運動野
• 調整と制御
• 構成と企画
• 意味と目的
• 運動の準備
運動に意味をもたせ一次運動野をう
まく働かせる
丹治より随意運動の二大調節系
小脳
大脳基底核
随 意 運 動
認
知
機
能
正確性
適切性
視 床
大脳基底核ループ 丹治より
大脳基底核を中心とした二つの経路
基 底 核
大
脳
皮
質
脳 幹 系
運 動 機 能
認 知 機 能
学習・記 憶・動機づけ・注意 高 草木よ り大脳基底核
• 運動に適切性を与える
• 状況と環境に適応した動作を形成
• 状況に適応した習慣形成
• 新たな環境適応
大
脳
皮
質
線 条 体
（＋ ） （− ） 黒 質 緻 密 部 淡 蒼球 外 節 視 床 下 核 淡 蒼 球 内 節 ・ 黒 質 網 様 部 直 接 路 ハ イ パ ー 直 接 路 間 接 路 視 床 Ｍ Ｌ Ｒ Ｐ Ｐ Ｎ 歩 行 運 動 系 筋 緊張 捉通 系 筋 緊張 抑制 系 脳 幹−脊 髄 歩 行 運 動 増 加 減 少 筋 緊 張 随 意運動 基底核の運動回路モデルと基底核−脳幹系臨床観察から分かること
• 運 動と姿 勢の異 常 非 対称姿 勢・麻痺 ・運動の 滑らかさ・ スピ ード・方向の障害 選 択的運 動の障害 筋 緊張の 異常 • バラン スの異 常 • 上 肢活動 と歩行 運動機能 障害 • 表 情(まば たき・眼球 運動 )の低 下 • 状 況変化 への対応(言語面 も含む ) • 耐 久性(身体 面・精神 面)の低下 • 呼 吸リズムの みだれ • 咀 嚼、嚥 下のみ だれ • 学 習能力 の低下 • 生 活行動 の問題(認 知行動の 問題 ) 思 考、情 動の不 安定さ • 筋 肉が 硬く なったり、不 随運動 がでる 。 • 姿 勢反 応が低 下・障害 される 。 • 重 力に抗 し た姿勢コン トロ ールがで きな くなる 。 • 上 肢と 手を 体幹 と協調 し、環 境に適応 し た適 切な 動きが 出来 ない。 • 歩 行が できにく くなる 。 • 末 梢(遠位 )が筋 緊張の 亢進する 。 • 中 枢の 緊張が 下がる 。 • 嚥 下がう まくい かな くなる 。 • 眼 球運 動が低 下する 。 • 疲 れやす くなる 。 • 日 常の 動作が ぎこち なく、ゆっ くり と なり遂 行に時 間がか かる 。 • 新 しい動 作が 覚えに くく なる 。 • 順 序 だて た記 憶がに がてに なる 。 • 物 事を 計画的に 予測・判断 し 遂行 できな くなる 。 • 呼 吸リズ ムが乱 れる 。 • 無 視が 現れる 。 • 疼 痛が 現れる 。 • 外 界の 状況を 予測 し た行動に 移すこと がで きにくく なる 。 • 手 がか りの ない自発 運動 が低下 する 。 • 肩こ り • うつ 傾向大脳基底核の障害
姿勢制御はすべて の運動に先行する。
適応的運動の実現には予測的姿勢制御と感覚情報 の変化に基づくリアルタイムの姿勢制御が必要 移動知研究より 高草木 2010 予測的姿勢制御:大脳皮質ー網様体脊髄路、大脳皮 質ー小脳 リアルタイムの姿勢制御:大脳ー小脳ー脊髄連関、 筋緊張制御系(大脳基底核ー脳幹投射系)姿勢制御
大脳基底核:予測的姿勢制御・リアルタイムの姿勢制御 の双方の姿勢制御のプロセスに関与する 高草木より大脳基底核の姿勢制御への働き
• 予測的運動プログラムは大脳皮質・基底核・小脳
ループで生成される。
• リアルタイムの運動制御は脊髄・脳幹・小脳で行わ
れる。基底核は、基底核ー脳幹投射系による筋緊
張レベルを制御してリアルタイムの運動制御に関与
する。
• 行動計画や運動プログラムの生成は大脳基底核が
関与する。
• 報酬予測や強化学習の獲得に大脳皮質ー基底核
ループよる予測的運動制御のプロセスが強く関与
する。
高草木より大脳基底核の機能
• 随意的な運動や手順の記憶の制御から、
より複雑で 認知的報酬を得るため の行動
計画にいたるまで 、大脳基底核は報酬に
いたる目的志向的な行動系列の生成と学
習に関係すると考えられて いる
• 運動実行や計画に関わり、報酬を得るた
めの行動な どの、目的志向行動を形成す
るために重要な 役割を担うと 考え られる
鮫 島和幸 強化 学習と 大脳基 底核 CREST大脳基底核の姿勢制御への働き
• 予測的運動プログラムは大脳皮質・基底核・小脳
ループで生成される。
• リアルタイムの運動制御は脊髄・脳幹・小脳で行わ
れる。
• 行動計画や運動プログラムの生成は大脳基底核が
関与する。
• 報酬予測や強化学習の獲得に大脳皮質ー基底核
ループよる予測的運動制御のプロセスが強く関与
する。
運動の手続き
• 線条体は大脳皮質からグルタミン酸作動性
の興奮性入力を受けて いる。一方黒質緻密
部のドーパミン作動性ニューロンも運動がど
れほど望まし い結果をもたらし ているかの情
報を表現して いる。このドーパミン作動性入
力によって 大脳皮質から線条体ニューロンへ
のシ ナプス効率が変化し 望まし い運動だけが
強化される。線条体の神経情報はさ らに淡蒼
球、視床下核で 処理さ れ視床を介し て大脳皮
質に投射し 望まし い運動が選択さ れる。
南部 Clinical Neuroscience 2011大脳基底核の機能
• 運動が適切に発現するように調節する仕組み • 随意的運動と自動性の高い運動の制御 • 自己の状態と自己を取り巻く外界の情報を受容しその状 況に適合した運動の発言を促し、それに合わない運動を 抑止するシステム • 感覚情報と運動発現を連合することを学習する機構 • 特定の感覚を認識したとき、あるいは新しい状況に遭遇 した際に、適切な運動を選択して行うことを学習し、それ が行動のレパートリーとなるように、脳内部にある神経回 路の特性を変えることに関与する。 脳と運動 丹治 ２００９．１０姿勢 コントロールの調整を 行う 特 に中枢 部のアプロ ーチに目を向ける 慣れ 親し んだ動作 から開 始する 分かり やすい順 序性の ある動作か ら学習 する 記憶を 引き出すよ うにアプロ ーチする 注意を 促すアプロ ーチを実施 する ゆっくりとしたアプロ ーチを実施 する 運動 や動作のイ メージをさせる 筋緊 張の調整を適 切に行う 手が かりとなるタ ーゲットを用いたアプロ ーチを展開 する 治療 物品や治 療環境を選択、 考慮 する
大脳基底核のアプローチの視点
2005.林克樹 正 しい運動や 動作 など 良い反応は その場 面で適 時ほめる 順序 性の ある動作や両 手協応動 作を行う小脳の外観
小脳の 外側面と小脳 脚 視床 小 脳 虫 部 上小脳脚 中脳 小脳核 脊髄小脳路 下小脳脚 中小脳脚 橋 中 間 部 外 側 部 小脳片葉 小脳皮質A
B
小脳皮 質の背側面と 区分 旧小脳(脊髄小脳 ） 新小脳 （大脳小脳） 古小脳（前庭 小脳）運動は脊髄反射弓を介して発現する
上 位中枢 の出力 は、 脊 髄反射 弓の活 動を介 して発 現する 。 脊髄の 細胞群 ・ 運動細 胞（最 終共通 路） ・ α運動 細胞 ・ γ運動 細胞 ・ 介在細 胞 ・ 感覚線 維 ・ 上行性 投射細 胞 ・ 脊髄視 床路 ・ 脊髄網 様体路 ・ 脊髄小 脳路 脊 髄反射 弓 上 位中枢 ・ 皮質脊 髄路 ・ 脳幹下 行路 ・ 外側下 行路系 ・ 内側下 行路系 脳幹・脊髄の反射 複合運動 生得的行動 大脳皮質の感覚運動機能 大脳連合野中枢神経系の
5つの機能に小脳
は適応機能を付与する。
小脳の機能
小脳中部
小脳半球
小脳中間部
小脳外側部
前庭核・赤核などの脳幹下行路上から入力 を受け、再び脳幹核に投射近位筋や姿勢筋の制御
大脳皮質や脳幹の神経核と結合を持つ遠位筋の運動制御
運動野・運動前野・前頭前野からの入力を受け、 視床を介してこれらの領域に投射する。随意運動の計画、運動学習・運動
技能獲得の際の運動速度の向上
内耳の前庭から頭部の位置や動きに関係する情報をもら いその情報を処理した結果を脳幹の前庭核に送る 姿勢調節・眼球運動前庭小脳
脊髄小脳
全身の皮膚・筋肉、関節の感覚情報を受け取り脳幹の網 様体核、前庭神経核に送り脊髄に出力する 身体のバランス・自動性の高い運動調節大脳皮質小脳
大脳皮質からの広範の入力を橋核、下オリーブ核を経 由して小脳皮質にいたる、情報処理された出力は視床 から一次運動野、運動前野に送られる。 随意的な運動の調節や組み立て、運動の計画小脳は脳幹、脊髄の反射、複合運動、生得的行動、大脳 皮質の感覚機能、大脳連合野の五つ機能系につながっ て適応機能を与える。 1.反射の適応 2.複合運動の適応 歩行 四肢の協調の取れた巧みな歩行 サッケード 3.生得的行動の学習 小脳室頂核を刺激すると情動反応が起きる 4.大脳感覚運動機能における小脳の役割 視覚フィードバックなしでも正確に、円滑に、迅速に、 運動するよう学習し、獲得した熟練を維持する役割 小脳がモデルを提供し予測を可能にする。
