理学療 法学 第
20
巻第2
号76〜
81 頁 （1993年 ）報
告
運
動
課
題
の
特性
が
運
動情報処
理
の
速
度
・
精度
に
及
ぼ
す
影響
大 橋
ゆ か
り
＊ ＊ 要旨 本研 究のH
的は運動情報処理の速度お よ び精度を 運動課 題の 性質との関連で検討することで あ る。 次 の課題 1）〜3
）を用い て運動 学 習 実 験を行なっ た ；課題1
）筋の静止性 収 縮量調整 〔40％− IEMG
），
課 題2
） 握 力 調 整 （40
％− MVC
），
課 題3
） 位 置 決め （肘 関節）。 離散 的 学 習スケ ジュー
ルを用い，
KR （Knowledge of Results） 付 与 開 始か ら次 試 行 開 始まで の時 間 （KR 後 遅 延 時 間 ）を被 験 者 間 要 因 と して操 作 した。
各 課 題にお ける学 習 成 績はKR 後 遅 延 時 間の延 長 及 び短 縮に よ り低 下 する傾 向 を 示 し た。 前 者は短期記憶 と しての運動情報が忘却さ れ た ためであり，
後者はKR に基づ く情報処理時 間 の 不足によ る と考え られ た。
各課 題 に お け る 必 要 最小限の 情報 処理時間 は，
課題1
）か ら課題3
）の順 に短 縮 する傾 向が認め られ た。 これ らの結果か ら運動情 報処理 は‘
肢 位変化” “ 表 在感覚”
の関与に よ り速 度，
精 度を増 すこと が示 唆さ れ た。 キー
ワー
ド 運動情報 処 理，
運 動 学 習，
KR 本研 究の目 的は連 動課題の特 性とそ の課 題 遂行に必 要 と さ れ る運 動 情 報 処理時 間 および処 理 精 度との交彑 作 用 を明らか にすることである。 こ の 目的のために離散的 運 動 学 習の場 面を用い た。 典型的な離散的運動学習で は 運 動 遂 行期と休止期が反復さ れ，
休止期に KR （Knowl −
edge of Results）が付 与さ れ る。 従 来よりKR は運 動 学 習の形 成に不 可 欠の要 因と さ れて き た が，
近 年で は学 習者が よ り能 動 的にKR を処 理 する とい う 考 え 方が加 え ら れつ つ ある。 本研究では こ の能 動 的 処 理を次の よう に捉え た ：学 習 者の運 動 遂 行にともなっ て フ ィー
ドバ ッ ク さ れ る感覚に基づ き形成さ れると考え ら れる“
内 在 的 運動情報”
と，
実 験 者によ っ て付与 されるKR が記 憶 構造内で 照合さ れ る 過程。一
般に情 報 処理 に はある限 度 以 上の時 間が必 要と さ れ．
EffeGtsof the Characteristics of MDtor Tasks on Speed
and Accuracy of Motor Information Proccssing
＊
＊
東京都立医療技術 短期大 学理学 療法学料
Yukari Ohashi ：Dept
．
of Physical Therapy，
TokyoMetropolitan College of Allied Medical Sciences
（受 付口 1992年7月10口／受 理日ig92年IO月271
−
D
る。 また処 理 さ れた情 報 を 短期記 憶 と して保 持 し得る時 間には限 度がある。
そ こで KR 付 与 時 点か ら次 試 行 開 始ま での時間間隔 （以 ド，KR
後遅 延時間）に は学習形 成に適した範 囲が あ る と考え ら れて き た1）2）。 し か し過 去に この 理論に合致す る現象を捉え た研究は極めて少な い。 例え ば，
KR 後 遅 延 時 間を8 〜30
秒の範 囲に設 定 し た実 験3−
5）で は，
KR 後 遅 延 時 間の長さ が学 習 成 績に 及ぼす 影 響は見い出 さ れて いない。 その後，KR
後 遅 延 時 聞 を 1秒まで短 縮した場 合に学 習の阻 害が生 じたとい う短 報6）はあるが，
それ 以 上の追 試は行なわ れていない 。 また情報処即に必 要な時間は情 報の複雑性に よ っ て変 化 する。
従っ て離 散 的 運 動 学 習にお ける適 切な KR 後 遅 延 時間は運 動 課 題の特 性 との間に交 互 作 用 を示 すこと が予 測さ れる1）2）。
こ の点を議 論 するた めに は，
過 去の 研 究の ほと ん ど が運 動 課 題として“
位 置 決め課 題”
のみ を扱っ て いることに問 題が ある。 位 置 決め課 題とは，
閉 眼で一
定の長さの線 分を引か せ る課 題一
定 角 度だけレ バー
やノブ を 回転さ せ る課題 な どで あ る 。 位置決め課 題 では内在的運動情報は固有受容器， 関節受容器か ら入力運動 課 題の 特性が 運動情報処理の速 度
・
精 度に 及 ぼす影 響77
される。
さ らに肢 位 変 化を ともなう運動で あ ること か ら 運動の視 覚 的イ メー
ジも 内在 的 運 動 情報と して利用され るであ ろ う。 従来の研 究で はこれ らの内 在 的 運 動 情 報を 分 離し，
そ れ ぞ れの情報の処理時 間， ある い は学習形成 へ の貢 献度な ど を議論し よ う とする試み はなされて いな いo そ こ で本 研 究で は，
過去に理論構築が な さ れ た と はい うもの の，
それに合 致 する現 象を見い出し得な か っ たこ れ らの問題を新た な視 点か ら検 討する。 こ の た めに特 性 の異なる3
っ の運 動 課 題 を 設 定 した実 験を行なっ た。 実 験 1は内在 的運動情報の入 力 源を単一
の感覚受 容 器に特 定し得る課 題に よ る運動学 習実 験である。
実 験H，
皿で は 実験 1の課 題で利 用さ れ た受容器に加え て別の受 容器 が関与 し得るよ うに運 動 学 習 課題 を 選択し た。 これ ら3
実験の結 果 を比 較 す ることにより，
運 動 課 題の特供が情 報処理時間および学習の難 易度に及ぼす 影 響が よ り明 確 化さ れ る もの と考え られる。
実 験1
方 法 1）課題 ：上 腕一
．
二頭 筋の静 止 性 収 縮量の調整 を運 動 課 題 と して選 択 した。
筋 収 縮 は固 定・
抵 抗を用いず“
力瘤 を作る よ う に”
との教示の も とに行 な わ せた。
こ の運 動 は肘 屈 筋 群，
仲 筋群の同時収 縮によ り遂 行さ れ るが，
教 示により被験 者の注 意を ヒ腕二頭 筋の収 縮 量 調 整に向 か わ せるよ うに試み た。 ま た固 定・
抵抗を用いない こ と か ら本 課 題の獲得過程に利用さ れ る内在的 運動情報の人 力 源 を 固 有 受 容 感 覚に特 定 すること がで き る。 2） 対 象 ：短 大 生60名 （男 20名，
女40 名，
年 齢 19 歳〜25
歳， 平均 2L8 歳 ） を被 験 者と し た。3
） 装 置 ：実 験 装 置は筋 電 計と時 間 制 御 装 置か らなる。
時 間制御装置は筋電位 測定の開 始・
終 了 を制 御 すると と もに被 験 者へ 筋 収 縮 開 始・
終了を信 号灯を介して知ら せ る ため に用い た。
筋 電計は積分筋電位を測定し，
その値 を 表示させ るこ とに よ り被 験 者へ のKR
付 与．
を行な う ために 用い た。
4 ）手続 き ：非 利 き手．
ヒ腕1
頑 筋の静 止 性 収 縮を5秒 間行な い，
そ の 間の 筋 電 位 平 均 出 力を最 大 収 縮 時の 40％ に近づけること を課 題と し た。 実 験肢位は 坐位でE
腕を体 側に ド垂 し，
肘90度屈曲・
前 腕 回 外 位と した。
予 備 実 験の結 果に幕 づ き著しい疲労の 影響を受け ず にで きる限り大 きな筋 収 縮を遂 行さ せ る た めにH
標 値を最人 収 縮 量の 40％ と した。 実 験試行に先1’
t：ち5 秒間の被 検筋 最大静止性収 縮量 （単位 時間当りの積分 値）を測定し，
こ の値の40
％ を目 標 値と して掲 示 し た。 実 験 試 行で は5秒 間の課 題 運 動 遂 行 期と休 止 期か ら なる試 行を 46試 行 反 復 し た。
被 験 者 に は信 号灯 点 灯 中の 5秒 間，
筋 収 縮 を維 持 させ た。
信 号 灯点 灯の 1 秒後よ り4秒間，
被 検 筋の単 位 時 間 当りの平 均積 分筋電位を 測 定 した。
信 号灯消灯直後の 上秒間，
筋 電 位 測 定値を表示 し， これ を被 験 者へ のKR
付 与と し た。 た だ し第1 〜 5
試行の運 動 終了 時に はKR 付 忙 tj” は 行な わず，
第6
試行まで をNO −KR
試 行，
第7
試行以 降を KR 試 行と し た。 5） 実 験デザ イン ：課 題 運 動 獲 得 期における誤 差の推 移は短期運動記憶を反映する と考え られる。
しかし言語 記憶等と は 異 な り連動記憶は そ れ を外 示 的 行 動に変 換す る際に も誤差を生じ る可能性が高い。 そ こ で本研 究で はKR
試 彳∫を10
試 行 毎の4
ブロ ッ クに分け，
ブロ ッ ク毎 の 平 均 絶 対 誤 差を指 標 と し た。 実 験 群はKR
後 遅 延 時 間の長 さによ り5群 を設 けた。 各 群の KR 後 遅 延 時 間は1〜
V 群の順に 2，
4，
6，
8
，10
秒， 被、
験者は各群12
名 （男4
名， 女8
名）と し た。 統 計処理 は2
要因混合 計画分散 分析に よっ た。 被験 者聞要 因はKR
後 遅延 時 間で5
水 準，
被 験 者 内要 因は 試 行ブロ ッ ク で 4水 準であ る。 結 果 各 試 行にお ける誤 差 を最 大 収 縮 量に対 する割 合に変 換 し た値 を 指 標とした。
全 被 験 者の’
ド均 絶 対 誤 差はNO−
KR
試 行で は14．
02
±8，
287％，
KR 試 行で は6．
46 ±2．
276
％ でKR
付与に よ る有意な誤 差減 少が 認め ら れ た （t＝
2．
198，
pく．
0．
5）。 実 験 群 間の 比 較で は各 群のNO −KR
試 行にお け る誤 差に有 意 差は認め ら れ な かっ た。 次に KR 試行におけ る試 行ブロ ッ ク毎に実 験 群 別の誤 差の推 移を求め比 較 し た （図 1 ）。 実験 群 1およびV は他 群に比し大 きな誤 差 を示した が， 分 散分 析の結 果，
KR 後 遅 延 時間要因の 効 果は危険率10
％水準で あっ た。 実 験 且 方 法1
）課 題 ：利き手で握力計を3
秒間把握し， その問の 出力ピー
ク を 最人 把 握 時の 40％ に近づ け ること を 課題 と し た。 握力計の測定 可 能範 囲が9kgw
以L
であるこ と か ら利き手を検査側と し た。 握力計の把握はギと して 手 指 屈 筋 群の等 尺 性 収 縮によ り遂 行される が，
把 握 中に78 理学 療 法 学 第
20
巻第 2弓・
％ 10 平 8 均 絶 6 対 誤 4 差 2 0BLOCKIBLOCK2 BLOCK3 BLOCK4
ト
ー1
群H
群 皿 群 】V群 V群 図1
静止 性 筋 収縮量 調 整 学 習にお け る実験 群 別 平均誤 茅の推移 （％） 10 8 ρ 0 4 平 均 絶 対 誤 差 2 0BLOCKI
BLOCK2 BLOCK3 BLOCK4
図2 握 力 調 整学 習にお ける 実 験 群 別 平 均誤 差の推 移 ト
ー
1群 H群 皿 群 ］v群 V 群 手 部の触・
圧 覚 受容器も刺激さ れ る。 実験皿 の目的は固 有 受 容器 に 加 えて触・
圧 覚 受容 器を内在 的運動 情 報の入 力源と し た時の適切なKR
後 遅 延 時 問 範 囲を検 出し，
実 験1
との 比 較を行なうことで あ る。2
）対 象 ：短 大 生50名 （男 20名，
女 30名，
年 齢 19 歳〜32
歳，
平 均20．
9 歳） を被験 者と した。 3） 装 置：実 験 装 置は握 力計と時間制御 装 置か ら な る。 握力計は把 握時の出力ピー
ク値を デジ タル表示 する型の もの で あ る。 握力計の 表示部を半 透過 性ガラ スで覆い，
その裏 面に設 置し た光 源が点灯し た時の み被 験 者に表 示 部が見え る ように した。 動 作 開 始・
終 了の信 号 灯 および 握 力 計 表 示 部の点 灯・
消 灯はHX．H
制 御 装 置に よ り制御し た。 4） 手 続 き ：次の点を除き実験1
同様の手続き を用い た。
異 なるのは運 動 遂行 時間を3
秒間と し たこと および 測定値と して出力ピー
ク値を採用し たことの2
点で ある。 5 ）実験デザ イ ン ：実験 1同 様に 2要 因 混 合 計 画 を 用 い た。 実 験 1で KR 後 遅 延 時 間 要 因の効 果が危 険 率 10％ 水 準で しか得 られなかっ たこ と を考慮 し， KR 後 遅 延 時 間 要 囚の範 囲 延 長 を行なっ た。 被験 者問要 因と し て KR 後遅 延時 間 1，2
，5
，8 ，1
⊥秒の5
水 準 （1
順 に実 験 群 1〜
V群 ） を 設け，
各群被験者 】0
名 （男 4 名，
女 6名 ） とし た。
被 験者内要 因はKR
試行10
試行毎の 試 行ブロ ッ ク として 4水 準を 設 け た。
結 果 各 試 行にお け る誤 差を最 大 把 握量 に対す る 割合に変換 した値 を 指 標とした。
全 被 験 者の平均絶 対 誤 差は NO−
KR 試 行で は 11．
28 ± 7．
396％， KR 試 行で は 4．
32
± 1．
472％ で KR 付 与に よ る有 意 な誤 差 減 少が認め ら れ た （t＝2．
769，
pく．
05
）oNO −
KR 試行における群 間の平均 誤差に有意差は認め られな かっ た。
KR 試行に お け る群別の誤 差の推移を図2
に示す。 分散分析の結果，KR
後 遅 延 時 間要 因の効 果 （F （4，
45）− 3．
799，
p〈．
OD ，
試 行ブロ ッ ク要 因の 効果 （F
（3 ，135
）rl9、
447，
p＜，
01），
交 互 作用 （F
（12，
135）；
4．
145，
P＜．
Ol）が有意で あっ た。 試 行ブ ロ ッ ク毎に群 間の誤 差の 比 較 （Ryan 法に よ る）を行 なっ た ところ第 工ブロ ッ クで は1
群と他の4
群間に有 意 差が あり，
第2ブロ ッ クで は1群と皿群 間の差の み有 意 であっ た。 本課題にお け る適 切な KR 後 遅 延 時 間 範 囲の ド限は1
秒以．
ヒ2
秒 未満で あ ること が明らか と なっ た。
しか しKR
後 遅 延 時 間 範 閃の一
ヒ限は検 出され なかっ た。 実験
皿 方 法
1
） 課題 ：水 平面上で一
軸 性に回 転 するレバー
に非 利 き手 前腕を固 定し，
閉 眼で 目標 位 置 まで レバー
を 回 転さ せる こと を課 題と した。
こ の運 動の調 整に は関 節 受 容器，
固 有 受 容 器か ら入 力される内在 的 運 動情報が関与する。 さ らに肢 位 変 化を ともな う運 動で ある こ と か ら複 合 感 覚 と して の視 覚 的イメー
ジも利 用 すること がで きる。
実 験 皿 ではこれ らの 内 在 的連 動 情 報の処理時 間と して適 切なKR
後 遅 延 時 間の範 囲を検 出し，
実 験 1，
TIの結 果と比 較 す るこ と を日的と し た。2
） 対 象：短大 生35
名 （男 10名，
女25
名，
年 齢ユ9 歳〜 35
歳，
平 均21．
4歳 ） を被 験 者と し た。3
）装置 ：水平 面上で一
軸 性に回 転する レ バー
を机L
運動課題の特性が運動情報処理の速度
・
精度に及ぼ す影響 79 に設 置し た。 被 験 者に坐位を と らせ，
閉眼 さ せ非利き手 前 腕 をレ バー
ヒに固 定 した。KR
は実 験者が 口頭で付与 し，
動 作 開始 合 図は ブザー
音により行な う もの と し た。 4） 手 続き ： レ バー
は主と して肘の屈 伸に よ り回転さ せ る もの と して肘扁曲30
度の位 置 を 目標 位 置 と した。
スター
ト位 置は肘屈曲10，85，leO，115，
130度の 5か 所の 中か ら各 試 行 無 作為に抽出し た位 置と した。 本 実 験で は目標 位 置± 2．
5度の範 囲に対して“
o
！
’
，
以下 屈 曲方 向をプ ラス と して 2，
5 度ズレる毎に “± 1”“
± 2”
の数 値 をKR と して ロ頭で告 げた。 実 験 試 行に 先 立ち被 験 者の前 腕を固 定し た レバー
を“
0” 〜
“＋ 4”
，
“
0
”〜 “−
4”
の位 置へ 各 1回，
他 動 的に誘 導 し 確 認さ せ た。 続くKR 試行で は被 験 者に任意の速度で レバー
を回転さ せ，
動 作 終了直 後に KR を 付与し た。
その後，
実 験 者が次 試 行の スター
ト位 置まで レ パー
を誘 導し，
次 試 行 開 始 合 図まで待機さ せ た。 なお実 験 1，
Hで は目標 運 動 量 を 他 動 的に呈 示 するこ と が困難な た め 口頭呈示と した。 そ こ で被験者は“
目標 量 はこの位で あ ろデ とい う内 的基 準 を設 定 したもの と 思わ れ る。 NO−
KR 試行に お け る 誤差は内的基準の誤 差 に他な ら ない。 実験皿 では課題 呈示を目標位 置へ の他 動 的 誘 導に より行ない被 験者によ る内 的 幕準設定の過程を 除外し た。 そ のた めNO−KR
試 行は行な わ な かっ た。 5） 実 験デ ザ イ ン ：実 験Il司様に2
要 因 混 合 計 画を用 いた。 被験者 間要 因として KR 後遅 延時 間L
2 ，
5，
10， 20
秒の5
水準を設け，
各群被験 者 7名 （男 2名，
女5
名）と し た。KR
後 遅延時 間の範鬪は実験且の結 果 を参 考にH
限の 延 長を行なっ た。 被 験者内要因と して 10試 行 毎の試 行ブロ ッ ク4
水 準を設 けた 。 結 果 肘 屈 曲の 正 常 可 動 範 囲145度 を 100％ として各試行に お け る誤 差 を比 率に換 算 した。
誤 差はKR が“
O”
で あっ た試行で は 1．
25度，
以下，
KR の絶 対 値が“
1”
増す毎に2．
5
度を加算し た角度と し た。 こ れ は同一
のKR
が付与さ れ る 誤差範囲の 中央値に あ た る。 実験群別に試行ブロ ッ ク毎の平均誤差を求め推移を 比 較 した （図3
）。 分 散 分 析の結 果， KR
後 遅 延 時 間要 因 の効 果 （F （4，30
）＝
7．
226，
p＜．
01
）が有意で あっ た が，
試 行ブロ ッ ク要 因の効果，
交互作 用は認め ら れ な かっ た。
実 験 群 別に KR 試行全休の平 均絶 対 誤差の 比 較 （Ryan 法によ る）を行なっ た ところ 1 群とIV，
V
群 間，
及びU群とIV，
V群 間に 5％ 水 準の有意 蒐 が 認 め られ た。 ）％ 4 （ 3
2
1 平 均 絶 対 誤 差 0BLOCKI
BLOCK2 BLOCK3 BLOCI（4
図
3
位置決め課 題の学 習における 実験 群別平均誤 差の推移 BI 群．
o− − H
群 本課 題で は KR 後遅 延時間を10
秒以上 と し た場 合に 学 習の 阻害が 認 め ら れ た。 ま た適切な KR 後遅延 時間 範 囲の下 限は1
秒未 満で あ ること が示 唆さ れ た。 総合考察
各実 験の実 験 群 別に KR 試行全体の 平均絶 対誤 差 を 求め，KR
後遅 延時間との関連 を図 4に示す。 各諜 題でKR
後 遅延 時間を延長す る と誤 差が増 大す る傾 向が見ら れ る。 これ は 短期運動 記 憶が畴 間 経 過に従 い減 衰 する性 格を有 すること を反 映 し た結 果であ る と考 え ら れ る。一
般に言 語 的短期 記 憶は内語 （発 声さ れ ない 言 語 ） と して復唱 するこ とが 可 能である。 従っ て復唱 を 阻害する よ うな他の作業を課さない限り， 単に経過時 間 の関数と して減衰す るこ と は ないη。 本実 験結 果か ら短 期運動記憶は他の作 業に よ る干 渉が なくて も 自然 減 衰 す （％） 86
4
2 平 均 絶 対 誤 差 0 △一
静止性 収 縮 匚ト 握 力 ○一
位i
．
決 めL
−＿
・ a−一一
一
e − ／ °““
Lm
5 10 15 KR 後 遅延時 間 20 〔SEC
〕 図4 KR 後遅 延時 聞によ る 誤 差の変 化80
理 学 療 法 学 第20
巻 第2号 る よ うに思 わ れ，
その保持形 態の特 殊 性が示 唆さ れる。一
方， 適 切なKR
後 遅 延 時 問の下 限は運 動 課 題の種 類との間に交互作 用を示し た。 筋の静 止 性 収 縮 量 調 整 課 題で は2 〜4
秒の間，
握 力 調 整 課 題で は 1〜
2秒の間，
位置決め課題では 1 秒未満の範 囲に下 限が存在する。 本研究で は運動課題の特性を内在的運i
助情 報の入力 源 と なる感覚モ ダリテ ィ の相違に より規定した。一
般に，
情 報は短期記憶に入力さ れ る 以前に短期 感 覚貯 蔵 内で モ ダ リテ ィ別の処理 を受ける と考え られて い る。 本 研 究で は運動 情 報もこの よ う なモ ダリ テ ィ別の処理 を受 ける可 能性が高い と考え，
モ ダ リティに基づ く課 題の分 類 を行 なっ た。
各 課 題で利 用された内在 的 運 動 情 報は，
静止 性 収 縮 課 題で は固 有 受 容 感 覚，
握 力課題で は 固有受容感 覚 十表 在感覚， 位置決め課題で は固有 受容感覚十関節覚十 運動の 視覚的イメー
ジか ら構 成さ れ る と考え ら れ る。 従っ て3
実 験の結果か ら は連 動 情 報 処理に関 して次の よ うな示 唆を導 くこと がで きよ う： 肢 位 変 化 を と もな う 運 動の情 報 処 理は迅 速かっ 正 確に行なわ れ る，
肢 位 変 化 を と も なわない運 動で は表在 感覚が関 与すること に よ り情 報 処理の速 度・
正 確 性が増す。
なお，
本研究で は各 課題で利 用さ れ た感覚受容 器の部位が異な ること に若干 の問題 が残さ れて いる が，
この 点に関 する より詳 細な検 討は今後の研究の中で行ないたい。 また標 的 追 跡 課 題のように運 動と同 時に視 覚 的フ ィー
ドバ ッ ク が生 起 する事 態で は，
フ ィー
ドバ ッ ク生 起か ら 運 動修正の間に約300msec
の遅 延が生じ る8）。 これ に 対して本実 験1， Hで は運 動 情 報 処理に秒 単 位の 時 間が 必 要とされた。
こ の情 報 処理時 間の延 長が何に起因 す る のかは 今後 検 討 しな けれ ば な らない課 題である。 特に肢 位 変 化 を と もな わな い運動の記憶 表象形態な ら びに貯蔵 構 造 との 関連が考え られる が，
これ ら は未知の領域で あ り今後の 課題と して検 討を続けたい。 引 用 文 献1）Schmidt RA ：Motor Control and Learning：ABeha ▽
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．
Journal of Experimental Psychoio−
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wsva･:Zltlg-l-teW
81<Abstract>
Effectsof the
Characteristics
of Motor Tasks onSpeed
andAccuracy of Motor Information
Processing
Yukari
OHASHI
Dopt.
ofRhysical
7}Ptempy,7blayoMbtrQPotitan
Coltage
ofAllied
Medicat
Sciences
The purpose of thisstudy istoexamine theinteractionbetween thespeed and accuracy of information proeessing and the characteristics of the motor tasks. Three tasks for motor
