振動刺激による運動錯覚時の脳内神経活動および機能的連関

Japanese Physical Therapy Association

NII-Electronic Library Service Japanese _{Physioal 　Therapy 　Assooiation}

理学 療 法 学 第41巻第2号 43

〜

51頁 （2014年） 研 究 論 文 （原 著 ）

振

動

刺 激

に

よ る

運 動錯 覚 時

の

_{脳 内神 経 活 動}

お よ

び

機 能 的連 関

＊

兒

玉

隆

之

1

＞＃

　

中 野 英 樹

2）

3

）

大 住 倫 弘

2）

森

岡

　

周

2）

　

大 杉 紘 徳

1）

　

安 彦 鉄 平

1） 要旨 【目的】振 動 刺 激に よっ て脳 内に惹 起さ れ る運 動 錯 覚 が 脳 機 能へ 及ぼす 影 響 を

，

脳 波 Rolandic　alpha

rhythm （_{μ 波}）を 用いた exact　

Low

　Resolution　Brain　Electromagnetic　Tomography （eLORETA ） 解 析

に より検討 するこ とを 目的 とし た

。

【方 法】対象は運動 障 害

・

感 覚 障 害を有し ていない健 常 者 20名。 方 法 は安静 時 振動刺激 時

，

自動的な筋収縮運動 （自動 運 動）時

，

振 動 刺 激や運 動 を伴 わ ない 感 覚 刺 激 時のそ れ ぞ れの条 件下_{に て μ}波を計測 し

，

そ れ ぞ れの脳 活 動 部 位 お よ び 機 能 的 連 関 をeLORETA 解析に よ り比 較 検 討し た。 【結 果】振 動 刺 激 時は

，

安 静 時お よ び感 覚 刺激時の条件に 比較し感覚運動 領野 上のμ波が有 意に減 少し

，

本 領域で の半 球 内お よ び半 球 間に おける有意 に 強い_{機 能}的 連関を 認 め た

。

自動運動 時との 比 較で は

，

感 覚運動 領域 上の μ波t さ らに感覚運動領 野の機 能 的 連 関 に 差 を 認 め な かっ た

。

【結 論】振 動 刺 激 が もた らす 運 動 錯 覚の感 覚 運 動 情 報 処 理には

，

感 覚 野のみならず

，一

次 運 動 野を中 心とする運 動 領 野の 機 能 的 ネッ トワ

ー

クが基 盤となっ ていること が示 唆さ れ た。 キ

ー

ワ

ー

ド　 振 動 刺 激 運動 錯 覚

，

機 能 的連 関 は じ めに 　近年

，

ニ ュ

ー

ロ リハ ビ リ テ

ー

ショ ンに お け る アプロ

ー

チの ひ とつ に

，

運 動 イメ

ー

ジD2）や 振 動 刺

Wt

　3）　4）_{を 運} 動 感覚再獲得の た めの 促通刺 激と して用いたものが あ り

．

注目 さ れ てい る。 な か で も

，

振 動 刺 激が もた らす 感 覚運動 情 報に よ り惹 起さ れる運動 錯 覚 5）を

，

運動 制 御 や習 熟に応 用 する ことは有 効6） と され て お り

，

特に四 肢に おける感 覚 運 動 情 報は

，

運 動 学 習や運 動 制 御シ ステ ムの 再編 成に おい て非 常に重要 なもの とな る7）

。

運動錯 覚とは

，

皮 膚上か らの筋 腱へ の 振 動 刺 激により随 意運動 を 行 わ ず と も四肢が動いたかの ように創 出され る脳 内錯 ＊

　 EEG　Analyses　of　Source　Localization　and 　Functional　Connectivity

　 of　Kinesthetic　Illusion　Elicited　by　Tendon　Vibration l）京 都橘大学健康 科 学 部理学 療 法 学 科

　 （〒607

−

8175　京都 府 京 都 市山科 区大宅 山 田 町 34）

　 Takayuki　Kodama

．

　PT

．

　PhD

，

　Hironori　Osugi

，

　PT

，

　PhD

，

　Teppei

　 Abiko

，

　PT

，

　MS ；Department　of 　Physical　Therapy

．

　Faculty　of

　 Health　Sciences

，

1（yQto　Tachibana　University

2）畿 央 大学大学 院健 康 科 学研 究 科ニ ュ

ー

ロ リハ ビリテ

ー

ショ ン研 究 室 　 Hideki　Nakano

、

　PT

，

　MS

．

　Michihiro　Osumi

，

　PT

，

　MS

，

　Shu　Morioka

，

　 PT

，

　PhD；Department　Qf 　NeurorehabilitatiDn

，

　Graduate　School　of 　 He証th　Science

，

　Kio　University

3）_Queensland　Brain　Institute

，

　The　University　of　Queensland

　 Hideki　Nakano

，

　PT

，

　MS ：Queensland　Brain 工nstitute

，

　The

　 University　of　Queensland

＃ E

・

man ：kodama

−

t＠tachibana

−

u

．

ac

．

jp

　 （受 付 日 　2013年10月8日／ 受 理日　2013年12月26日） 覚で あ り

，

振 動 刺 激 が 筋 紡 錘 か らの

Ia

求 心 性 感 覚 線 維 6）8

−

10）や1求心性 感 覚 線 維11）を活 動さ せ るこ と に よっ て生 ずる

。

　これ ま で

，

運 動 錯 覚 が 脳 機 能へ _{及 ぼ す 影響に 関 す る 研} 究では

，

様々な 脳機 能イメ

ー

ジ ング解 析により脳内神 経 活 動 領 域の関与があ きら かとなっ ている。

Casini

ら 12）_は

_，

MEG に より振 動 刺 激に よ る運動 錯 覚 時の脳内神経活 動 領 域に

，一

次 感 覚野

，

感 覚 連 合野

，

補 足 運 動野

，

運 動野

，

角回の関連 を報 告して おり

，

また

，

Naito

ら13）は

，

　

fMRI

に よ り運動錯 覚を感じてい る 時の 脳内 神経活 動 領域 を 調 べ

_，

_{同 じく運動野}の 関連を報 告し

，

さ ら にこれ ら運動錯 覚 時の運 動野 は

，

感 覚 運 動 情 報に対 する遠 心 性 情 報 処理 の み で な く求 心 性 情 報処 理 に も 関 与 す る14）こと ま で あ き らか に し てい る。 以 上 の ように

，

こ れ まで空間解 析結 果か ら算 出 され た神 経 活 動 領 域に関 する局 在 機 能 性につ い て の研 究が多 く報 告され て きた が

，

近 年で は

，

複 雑な 機 能を担 う脳 内神 経メ カニ ズム を解 明 する うえで

，

神 経 線 維 連 絡で結 ば れている遠 隔脳 領域 間がどの ように情 報 のや り取 りを行っ ているか を 理解す ること が 重 要 と さ れ て い る 15）16＞。 脳機 能に おける機 能 的特性の基 本的 かつ重 要な決 定 要 因は

．

神 経 活 動 領 域や関心 領 域 を把 握 するこ とに の みある の では なく

，

そのfunctional　connectivity （以 下

，

機 能 的 連 関）を捉える ことにある 17）　18）

。

N工 工

一

Eleotronio _Library

44 理学 療 法 学 　 第41巻 第 2号

　 本 研 究の 目的は

，

振 動 刺 激に よ る運 動 錯 覚が脳 機 能へ

どのよう な影 響を及ぼすか を

，

脳 波 周 波 数解 析デ

ー

タ を

重 畳し た脳 機 能 イメ

ー

ジン グ に よ り神 経 活 動 領域 を 空聞 的に捉 え

，

さ ら に そ れ らの機 能 的連 関 を検 討 するこ とで

ある

。

周 波 数 解析の指標に は

，

rolandic　_alpha　rhythm 　l9） と し て 知 ら れ る 脳 波

Mu

リズ ム （以 下

，

_{μ 波}）を 用いた

。

μ波 は 感覚運 動 領 野直上 で 認 め ら れ る

10〜 13Hz

　 20）_付 近の High α 帯 域 成 分で

，

実 際の運動や 運動イメ

ー

ジな ど に よ り減 衰 し21）

，

実 際 に 四 肢の 自動 的 な筋 収縮 運動 を行っ た際に特異 的 な 変 化 を 認 め るこ とがこれ ま で報 告 さ れてい る 22 ）23）

。

振 動 刺激時の脳 波計測後周 波数解析 に て算出 さ れ た_μ波 周波数帯 域の デ

ー

タ を 用い て

，

脳 内 神 経 活 動 の 三次 元 画 像 表 示 法で ある exact 　Low

Resolution　Brain　Electromagnetic 　Tomography

（eLORETA ） 解 析 24）25）に よる空間的解 析を行い

，

脳 内 神 経 活 動 を安 静 時や自動 運 動 時と比 較 検 討 した。 さ ら に

，

ひ とつ の 仮 説と して

，

四 肢の 自動的 な筋 収 縮運動を リハ ビリ テ

ー

シ ョ ン場 面で行っ た ときと同様に

，

他 動 的 な促通刺 激と し ての振 動 刺 激が

，

感 覚 運 動 領野を 中心と し た 脳 内 神 経 活 動 領 域へ _{影 響}

．

_{を 及 ぼ し}

，

_{さ ら に そ れ ら}の 領 域の機 能 的連関に 基づ いた神 経 活動 性の ネッ トワ

ー

ク に影 響を及ぼすと す れ ば

，

ニ ュ

ー

ロ リハ ビ リ テ

ー

ショ ン へ 応_{用 可 能}と_考える こと がで き る

。

これ まで自 動 運 動 や 運 動イメ

ー

ジ とμ波の 関連性は報 告さ れて いる が

，

機 能的 連関につ いて報告 し た 研究は我々の知る限 りない。 そこ で今 回

，

eLORETA 解 析 に よ る 空 間 的 解 析 の検討 に加え

，

活 動領 域 とさ れるそ れ ぞ れの 領 域が もつ _脳波 デ

ー

タ （時系 列デ

ー

タ）に対し て

，

線 形 （コヒ

ー

レ ン ス） お よ び 非 線 形 （位 相 同 期） 解 析を行 うプロ グラム か ら構 成 さ れ る機能 連関 イ メ

ー

ジ ン グ 解 析eLORETA

−

connectiv 孟ty　analysis 　26 ）を併せ た解 析 を 行い

，

振 動 刺 激 が 影 響 を 及 ぼ す 脳 内 神 経 活 動 領 域の機 能的連関を検 討 し た。 対 象および方 法 　健 常 者 20名 （男性11名

，

女 性9名 ）で

，

平 均 年 齢は

2L5

±

L5

歳 を対 象とした。 すべ て の被 験 者に対し

，

測 定 前 に

，

いず れ も整形外 科的疾 患

，

神 経系 疾 患を有して お らず運動障害およ び感 覚 障 害の ない こ と を確 認し た

。

ヘ _{ル シ}ンキ宣言 に 則 り本研 究 内容 を紙 面 およ び口頭に て 説明 し

，

書 面へ の 署 名 にて 同意を得た。 利 き 手は

，

Edinburgh　

Inventory

　27）に て評 価 し

，

全 例 が 右 利 きで あ ること を確 認した。

1．

計 測 課題条件 　対 象 者を シ

ー

ル ドル

ー

ム内に おいて椅 子に腰 掛 けさ せ た

。

実験に際 して

，

リラッ クス を してい ない四肢の腱へ の 振 動 刺 激 は容 易 に 持 続 性反 射 （Tonic　vibration re且ex）を引き起こ し6）運動錯覚が惹 起さ れに く くなる た め

，

両 下 肢 足底を床面 に接地 し左上肢 前 腕 （非 測 定 側 上肢 ）を肘 貴き に置いた 状態で リ クライニ ン グ座 位 姿 勢 をとらせ

，

リラッ ク ス の で きる安 静 状 態を設 定し た

。

安 静状 態で の脳 波をコ ン トロ

ー

ル条 件 （以 下

，

安 静）と し て計 測 後 課 題 条 件とし て

，

  振動 刺激 条 件 （以 下

．

振 動刺 激 ）

，

  自動 運 動 条件 （以 下

，

自動 運動 ）

，

  感 覚 刺 激 条 件 （以 下

，

感 覚 刺 激 ）の 3条 件を設 定しμ波を計 測 した

。

　   振 動 刺 激 ：_{振 動 刺 激に は家 庭 用}ハ ンデ イマ _ッサ

ー

ジャ

ー

（ス ライ ブ株 式 会 社 製

，

THRIVE 　MD

−

01_）を_使 用 し た

。

運 動 錯覚を 生 じ させ る目 的 運動は右 肘 関 節 伸 展 と し た た め

，

刺激部位は右上腕二頭 筋 腱に対し て振 動 を 加え た

。

振 動刺 激周波 数は

，

先 行研 究より

，

運 動 錯 覚 を 生 じ さ せ る た め に は 周 波 数 は

70

　

−

100Hz _が もっ とも 生 じ やすい 5）8）］3）28 ）と さ れ る こ と か ら

，

本 機器 で は 91

，

7Hz と108

．

3　Hz で の刺激 が 可能で あっ た が

9L7

　

Hz

を用い た

。

その際右上 腕二頭 筋の筋 収 縮 に よ る 肘 関節屈 曲 を 防 ぐた め

，

計 測 者は前 腕を しっ か りと 把 持 し 関節運 動を抑 止した。 ま た

，

振 動 刺激中実 際には動い てい ない 上 肢の視 覚 情 報は運 動 錯 覚を軽 減さ せ る9 ）た め 閉 眼 さ せ た。 　   自動 運動 ：_{閉 眼 に}て肘関節 伸 展の み 自動 運 動を繰 り 返 して もらっ た。 伸展 速度に関し て は

，

先 行 研 究 よ り

，

速 度 が2

．

7°

／ 秒 以 下では

，

健 常 者が 腱へ _{の振 動}刺 激_{で 経} 験 する運動 錯 覚の平 均 的速度と

一

致 し ない 6 ＞こ と が報 告さ れ てい る

。

こ の こ と と 他の課 題 条 件 か ら 計 測 さ れる デ

ー

タとの時 間 的 整 合 性を考 慮し

，

計 測者は

，

右上肢の 上腕二_{頭 筋 筋腹}お よ び 腱に触れ ない ように上 腕と前 腕 を 把 持し

，

肘 関節屈曲

90°

位 か ら

30°

／ 秒 にて肘関節 伸 展 （計

3

秒 間 ）を繰 り返 し

，

最 終 伸 展 位と な る度に計 測 者 は肘 関 節 屈 曲90

°

肢 位へ 他 動 的に 1秒間 か けて屈 曲させ た。 肘 関 節伸 展は

3

秒 間

，

他 動 的 屈 曲 に は

1

秒間をメ ト ロ ノ

ー

ム の音に合わ せて繰 り返 し て も らっ た。 　  感覚刺 激 ：_振動 刺 激 時

，

腱_に対 する皮 膚上 か らの刺 激 は

，一

般 にマ イス ナ

ー

受 容器 やパチニ _{受 容 器な ど}の皮 膚刺 激 受 容器も刺 激 する6）ため

，

感 覚 刺 激の み を与え た と きの条 件 とし て

，

振 動 刺 激と同 周 波 数に設 定し た同 機 器 を 用い て

，

右 上腕二頭筋 筋 腱 移 行 部 内側の皮 膚に対 し振 動を 加 え た 29 ）

。

　

各施 行 条件につ い て

，

計 測の順 番は

，

  振動 刺激 と  感 覚 刺 激 はともに機 器で の振 動を被験 者 に与える た め

，

連続す ることがない よう1回 目は  振動刺 激

，

  自動運 動   感 覚 刺 激の順で行い

，1

時間 以 上の休 息 後

t

順 序 効果を考 慮し

，

2回 目は  感覚刺激

，

  自動 運 動   振 動刺 激の順で行っ た。 それ ぞ れの 間に は15分 間の休 息 を とっ た。 各 条 件において計 測し た

2

回分のデ

ー

_{タ の平} 均 値 を求め

，

それ ら を被験者 毎に お け る各 条件の デ

ー

タ

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振 動 刺 激による運 動 錯 覚 時の脳 内神 経 活 動 お よび 機 能 的 連 関 45 と し た

。

ま た

，

カ ウン タ

ー

バ ラン ス を と る た め に 被 験 者 毎に1回 目と

2

回 目の順は入れ替えて行っ た。 2

．

脳 波 計 測お よ びsLORETA 解 析 　 脳 波 記 録は 日本 光 電 社 製Neurofax を使 用 した。 計 測 部 位は

，

国

wa

　10

−

20_法に_基づ _き

，

_{両 耳 朶}を 基_{準 電極}と し た F3

，

　F4

，

　F7

，

　F8

，

　 Fz

，

　C3

，

　C4

，

　Cz

，

　P3

，

　P4

，

　 Pz

，

Ol，02，0z，

　T3

，

　T4

，

　T5

，

　T6の 18部 位よ り導 出 し

，

バ ンドパス フ イ ル タ

ー

は

0．

5 〜60Hz ，

サンプリング周 波 数は 128Hz にて計測 した。 計測時間は

，

各課 題条 件 は そ れ ぞ れ

1

回を

60

秒 間13）としたが

，

自動 運 動のみ 他 動 的に屈 曲 する時 間が計

20

秒 間 ある た め

1

回を

80

秒 間とし た

。

3．

eLORETA 解 析 　まず

，

課 題 条 件毎に得ら れ た デ

ー

タ か ら

30

エ ポッ ク （

1

エ ポック は

2

秒 間）を抽 出し た

、

次にeLORETA 解 析に より周 波 数 解析を行い

，

_μ波 周 波 数 帯域 （10

〜

13Hz ）の脳 波デ

ー

タを抽 出 した。 そ れ らのデ

ー

タか ら μ 波 周 波 数 帯 域で の脳 内 神 経 活 動 領 域を検 証 するた め に

，

eLORETA 解 析 プロ グ ラ ム に 組み こまれ て い る

Talairach

　

Daemon

　30）31）_（

http

_：〃www

_，

_talairach

_．

_org／）

ソ フ トを 用いた標 準 脳へ の標 準 化 を課 題 条 件 毎に行っ た。 これに よ り脳 波デ

ー

タ は

，

eLORETA 解 析によ り

6239

ボクセ ルに区 分 された 脳 領 域に おいて

，

線 形 変 換 に て x

，

_y

，

　z方 向の座 標として算 出 さ れ

，

非 線 形 変 換 に て曲 面 的な解 剖 学的補正 が行われ三次元 的 画像へ と変 換がな され る。 その結 果

，

課 題 条件 毎の脳 内 神 経 活 動 領 域が各ボ ク セル 上 で の神 経 活 動 値として 算 出 さ れ

，

Brodmann 　area （以 下

，

　BA _）や MNI 座標 32＞とし て特 定 さ れる。 そ れ ら条件 毎に得 られた被 験 者 分のデ

ー

タに

対して

，

eLORETA 解 析プロ _グラ ム 内にあるeLORETA

Averager に より平 均 化を行い

．

各_{課 題 条 件}における神 経 活 動 領 域と して算 出し検 証し た。 さらに

，

振 動 刺 激と

他の課 題条件に おける脳内神 経 活動の比較に は

，

同 解 析

プログラム 内の statistics 　eLORETA 　SnPM 　26 ＞_（multiple

paired　t

−

test　with 　nonparametric 　randomization ）を用

い

，

_条件毎に得ら れ た被験者デ

ー

タ問に おける平均 値の 差の 検 定に よ る 比較を行い

，

有 意 差を 認 め た神 経 活 動 領 域 につ い て検討 し た

。

eLORETA 解 析で は有意 差 を認 め た神 経 活 動 領 域に は着 色が な さ れ算出 描 画 さ れ る

。

統 計 的 有 意 水 準は5％ とした。 なお

，

本 研 究で はμ波 を 中 心に解 析し た が

，

μ波は運 動 感 覚 皮 質上 21）

，

その他の 前 頭 葉33）や後 頭 葉34）に発 現した 場 合はα 波な ど

，

発 生源により波 形 成 分 が 異 なるため区別し て用い た

。

4

．

機 能 的連 関の解 析 　 各 課 題 条 件に お ける eLORETA 解 析 結 果 を も とに

，

感覚運 動 領 野の中で神 経 活 動 性の高 かっ た 領 域 （つ ま り μ波が減 衰し た領 域〉の BA お よ びMNI 座標を求め る。 求め ら れ た領 域 間の機 能 的 連 関 （コ ヒ

ー

レ ン ス値 ）を eLORETA

−

connectivity 　analysis 　26） プ ロ グ ラ ム 内の

「Lagged　connectivity 」 解 析により算 出し

，

振 動 刺 激 と 他の課 題 条 件における機 能 的 連 関の強 さの違い を比 較 検 討し た。 有 意 （統 計 的有 意 水 準は 5％）に強い機 能 的 連 関 を認め た脳 領 域 聞には

，

平均 化 された脳 画像 イメ

ー

ジ ング内に線 状のワイヤ

ー

が描 画 され た

。

結 果 　解 析に先が け

，

振 動 刺 激 時に 「肘関節に どの ような感 覚が 生 じ た か」の囗 頭 に よ る質問 に対し て

，

「肘が伸び てい る （伸展 し ている）感じ」

，

「感覚刺激時と は異なり 肘が伸ば さ れ る 運動が起こっ てい る感じ」な ど対象者

20

名全員が回 答し

，

運 動 錯 覚が惹 起さ れ た こ と を確 認 し た。 L 課 題 条 件にお けるμ波 帯域の神 経 活 動 　eLORETA 解 析に よ り

，

μ波 周 波 数 帯 域での発 生 源の 同 定を各 課 題 条 件に て平 均 化 し算 出し た結 果

，

安 静で は

．

後 頭 葉

BA18 ，

運 動野

BA4

お よび補足運動野

BA6 ，

感 覚 野BA3 に高い神 経 活 動が認められた。 振 動 刺 激お よ び自動運動で は

，

BA18 に高い 神 経 活 動が 認 め ら れ

，

感 覚 刺 激で は

，

後 頭 葉

BA19

か ら頭 頂 葉に か け て高い 神 経 活 動 性が認められた。 　振 動 刺激と各条件を 比 較 し た 結 果 につ い て

，

振 動 刺 激 と感 覚 刺 激の神 経 活 動 を比 較した結 果

，

振 動刺 激に比 較 し 感 覚 刺 激で はBA4 およ びBA6 にμ波の 有 意 な 増 大 を認め

，

感 覚 刺 激に比 較し振 動 刺 激で は左BA3

，

　

L

　2 および

BA7

での μ波の 有 意 な 増 大 を 認め た （図

1a

）

。

自動 運 動と振 動 刺 激の神 経 活 動 を比 較した 結 果

，

自動 運 動で は振 動 刺 激に比較し前 頭 前野 BAlO およ び BA46 で の α波の有 意 な 減 少 を 認めた。 運 動 感 覚 皮 質上 で のμ 波に有 意 差は認めなかっ た （図1b）。 表1にはそれ ぞ れ 神 経 活 動が有 意に高か っ た部 位の MNI 座 標 を示した

。

2，

脳 内神 経 活 動 領域の機 能 的 連 関 　 先 行 研 究で報 告さ れ てい る振 動 刺 激に より惹 起さ れ る 脳 内神 経 活 動 領 域と

，

本 研 究の eLORETA 解 析 結果 か ら感 覚運動 領 野お よ び関連 領 域で有 意に神 経 活 動 性の 高

かっ た領域 を 踏 ま えて

，

BA3

，

　BA4

，

　 BA6 の 三領 域に おける機能 的連関を検 討し た。 その結 果

，

安 静と振 動 刺

激を 比較し た結 果 （図

2a

）

，

振 動 刺 激で BA6 を 中 心と

する 三領域間の有意に強い機 能 的 連 関を認めた。 感 覚 刺

激と振 動 刺 激の比較 （図2b）で は

，

振 動 刺 激で左 側の

BA4 −

BA6 問

，

左右BA4 間に有 意に強い 連 関 を認め た。

自動 運動と 振動 刺激 の比較 （図2c）で は

，

自動運動で

46 理 学 療 法 学 　 第41巻 第2号 L　

．

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　　 　 　　 　 　　 　 　　 　　 　図1 _μ波 周 波 数 帯域における脳 神 経 活 動の比較 a ：振 動 刺 激 と感 覚 刺 激の比 較 黄 色お よ び赤 色で示され た 領 域は振 動 刺 激に比 較し感 覚 刺 激の μ波が有 意に増 大し た部 位 （振 動 刺 激で有 意に高 かっ た 平 均 化 神 経 活 動 部 位 ） を示 す

．一

方

，

青 色 および紫 色で示さ れた領 域は感 覚 刺 激に比 較 し振 動 刺 激の μ波が 有 意に増 大 した部 位 （感 覚 刺 激で有 意に高 かっ た平 均 化 神 経 活 動 部 位 ） を示 す

．

画 像 下にある celor　_scale の数 値 はt値 （t

；

2

．

1“） を 表 す

．

振 動 刺 激で有 意に高い神 経 活動 を 認 め た部 位 はBA4 お よ びBA6 であった

．

感 覚 刺 激で 有 意に高い神 経 活 動 を示 した 部 位 はBA3

，

1

，

2お よびBA7 であっ た

，

bl 自動 運 動 と振 動 刺 激の比 較 黄 色および赤 色で示さ れた 領 域は 自動 運 動に比 較し振 動 刺 激のα 波が有 意に増 大した 部 位 （自動 運 動で有 意に高 かっ た 平 均 化 神 経 活 動 部 位）を 示 す

．

画 像 下にある color　scale の数 値は t値 （t

＝

2

，

358） を表す

．

自 動 運 動で有 意に高い 神 経 活 動 を 認めた 部 位はBAIO お よびBA46 であっ た

．

感 覚 運 動 領野上で は神 経 活 動に有 意 差 を 認めな かっ た

．

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b

　 　 　 　 図2　BA3

，

　BA4 お よ びBA6 の機 能的 連関 各条 件 間 で 比 較 し た 結 果 を 平 均 化 画 像 に て 示 す

．

有 意 に 強い 機 能的 連関を認め た 領 域間に渡っ て ワ イ ヤ

ー

が描 画さ れ る

．

a ：_安静と 振動 刺激の比較 振動 刺激 （赤い ワイ ヤ

ー

で描 画） で BA6 を 中 心 と す る 三 領 域 間の有 意 に 強い _機能 的 連関を認め た

．

b：_{感覚刺 激}と振 動 刺激の 比較

，

振 動 刺 激（赤い ワイ ヤ

ー

で描 画）

で左側 の BA4

−

BA6 間

，

左 右BA4 間に有 意に強い連 関を認め た

，

c：自 動 運 動 と 振 動 刺 激の比 較

．

自動運動 （青い ワイ ヤ

ー

で描画 〉 で左側の BA4

−

BA6 間 に 有 意 に 強い 連 関 を 認 め た が

，

他 領 域

Japanese Physical Therapy Association

NII-Electronic Library Service Japanese _{Physioal 　Therapy 　Assooiation}

振 動 刺 激による運 動 錯 覚 時の脳 内神 経 活 動 お よび機 能 的 連 関 47 表 1eLORETA 解 析により求め ら れ た各 条 件の神 経 活動 部位お よ び MNI 座標 課 題 条 件 P MNI 　coordinatesy 脳 葉 領 域 Brodmann 　 Area 安静 振 動 刺 激 　 　 自動運動 　 　 感 覚 刺 激 感 覚 刺 激〉振 動 刺 激 振 動 刺 激〉感 覚 刺 激 自動 運 動〉振 動 刺 激 ＜0

，

05 〈0

．

05 ＜0

．

05 く0

．

05 ＜0

，

05 ＜0

，

05 ＜0

．

05 考 蛎 《 狛 9 囎 26 引 聡 必 ％ 銘 響 鄂 励 魍 舶 認 20 茄

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46737371646369 弓 喝 1196559665576767170925 左後頭葉 右 後 頭 葉 左 前 頭 葉 右 前 頭 葉 左 前 頭 葉 右前頭 葉 左 頭 頂 葉 右 頭 頂 葉 左 後 頭 葉 右後頭葉 左後 頭 葉 左 後 頭 葉 左 頭 頂 葉 左頭頂葉 左頭 頂 葉 左 頭 頂 葉 左 前 頭 葉 右 前 頭 葉 左前 頭 葉 右 前 頭 葉 左 前 頭 葉 左 前 頭 葉 　 楔部 　 楔 部 中 心 前 回 中 心 前回 中 前 頭回 中前頭 回 中心後回 中心 後 回 中後 頭 回 中後頭回 中後 頭 回 上後 頭 回 中心 後回 中心後回 中心 後 回 上 頭 頂 小 葉 中心 前回 中 心 前 回 中前 頭回 中前 頭 回 中前 頭 回 中前 頭回 181844663318181819312744661046 左側の

BA4 −BA6

間 に 有 意 に 強い 連 関 を 認 め た が

．

他 領 域の同側 内 お よび左 右 間には有 意 差 を認 め な かっ た。 考 察 　本 研 究は

，

μ波 を神 経 生 理 学 的 指 標として

，

振 動 刺 激 により惹 起 される運 動 錯 覚 が脳 内神 経 活 動へ _どの よう な 影 響を及ぼすのかにつ い て

，

自動 運 動や感 覚刺 激な どの 課 題 条 件と比 較 する こ とで

，

脳 内神 経 活 動 領域 およ びそ れ らの機 能 的連 関を脳 波解 析

，

脳 機 能 イメ

ー

ジング 手 法 に よ り詳 細に捉えよ うとした。

1．

振動 刺激の脳 内 神 経 活 動 領 域 　安静 に おける 脳内 神 経 活 動につ いて

，

後 頭 葉および

BA3 ．

　

BA4 ，

　

BA6

にα 波お よ び_μ波の有 意 な発 現を認

め た

。10〜13Hz

周 波 数 帯域 を解 析し た こ と より

．

従 来α波の 発 生 源 とさ れ る後頭葉34 ）

，

μ波 が BA3

，

　BA4 およ び BA6 の 領野 で あ る 感覚運動 領 野上 21）に発生 し たことか ら

t

本 結果もこれ ま で報告 さ れ ている安 静 時に お ける 10

〜13Hz

周波 数 帯域での脳機能 状 態 と 同様の 結果 と なっ た

。

同時に

，

本 研 究で計 測し た脳 波デ

ー

タの 信 頼 性 を確 認できたものと考 えられ た

。

振動 刺 激　自動 運 動 およ び感 覚 刺 激で は

．

安 静 時に観 察さ れ た感覚運動 領 野 での_{有 意 な μ 波 発 現 が 観 察 さ れ な か}っ た

。

自 動 運 動や感 覚 刺 激で は

，

感 覚 運 動 情 報が増 加し感覚運動 領野 の 神 経 活 動 性に伴 う両 側35）の神 経 細 胞 活 動の非同期 性 に よっ て_μ波の減 衰が起こっ た 21

−

23）_{と考 え ら れ た}

_。

_ま た

，

BA4

は

，

体 性 感 覚 知 覚のうち 特に筋 紡 錘か らの運 動 感 覚 情 報 処 理や運 動 知 覚に おいて重 要な 脳領 域36）37＞ で あ り

，

BA6 は運 動 錯 覚に必 要な感 覚運動 情 報の 識 別38）39）

，

統 合40）41）を行 う とさ れ る

。

これ らの こと か ら

，

振 動 刺 激におい ても

，

筋 紡 錘から情 報 を伝 えるこ とで 自 動 運 動と 同様に

，

感 覚運 動領野 を 中 心 と し た 領 域 に 情 報 入 力し神 経 活 動 性 を高め たもの と考 えら れ た

。

　 さ らに

，

振 動 刺 激 が 感 覚 運 動 領野の神 経 活 動 性へ 及 ぼ す 影 響を詳 細に検 討 する ため

，

まず振 動 刺 激 と感 覚 刺 激 の 10

〜

13Hz 周 波 数 帯 域 をeLORETA 解 析に て 比較し た結 果

，

感 覚 刺 激で は振 動 刺 激に比 較し左

BA3 ．1，2

およびBA7 で の μ波の有 意な減 少を 認め

，

振 動 刺 激 で は感 覚 刺 激に比 較 し両 側の

BA4

お よび

BA6

_{に μ}波の 有 意 な 減 少 を認め た。 これ まで

，

Naito

ら 29）42）_は

_，

_閉 眼 右 利き被 験 者の手 足の腱に振 動 刺 激を行い

，

運 動 錯 覚 を 経 験 して い_{る とき}の脳 活 動 を

fMRI

で測 定し てい る

。

その結 果

，

感 覚 刺 激のみで は

一

次 感 覚野 お よ び二次 感 覚 野し か 賦活しなかっ た が

，

振 動 刺 激で は

一

次運 動 野

，一

N工 工

一

Eleotronio _Library

48 理 学 療 法 学 　 第41巻 第2号 次 感 覚 野

，

背 側 運 動 前野

，

補 足 運 動 野

，

帯状回運 動 皮 質 に賦 活 を認め て お り

，

BA4

や

BA6

な ど運動関連 領 域に おける四肢に対 応 する体 部 位 再 現 部 位 が

，

運 動 感 覚 情 報6）処理

．

つ ま り運動 錯 覚に 関与 する こ とを 報 告して いる。 本 研 究 結果も先 行 研 究 を支 持 する結果となっ た

。

ま た

，

感 覚 刺 激 時 との比 較 結 果に おい ても両 側の _μ波 が有意 に減少 し たこ と につ いて

，

左 右の_補足 運動 野 吻側 部 に は 両手の運 動感覚情報処 理 を 行 う部位 が あ り

，

さ ら に

，

筋紡 錘 か らの感覚運動情報処 理には 感覚野の みな ら ず

一

次運動 野を中心 とする運 動 領 野のネッ トワ

ー

クが重 要である6）と さ れ る こ と か ら

，

振 動 刺 激に よ る感 覚 運 動 情 報は

，

感 覚運動 領 野へ _{分 配処理 さ れ}てい る可 能性を 示 唆し た。 　 次に

，

自動 運 動と振 動 刺 激 を比 較 した結 果

，

自動 運 動 で は振 動 刺 激に比 較し前 頭 前野BAIO お よ び BA46 で の α波の有 意 な減 少 を 認め た が

，

感 覚運動 領野 上 で の_μ波 の有 意 差は認め な かっ た。

BA10

は認 知 機 能に 関連 する 注 意や行 動の制 御 機 能43）を も ち

，

BA46

は

，

視覚情 報 処理 に おいて

，

動 き や 位 置 とい っ た 空 間 認 知 に 関 連 す る 情 報 を伝 える背側系 経 路の終 止域   と さ れ る

。

本 研究 で は

，

自動 運 動 は 実 際 に 上 肢 肘 関 節の伸 展 運 動 を 繰 り 返 す運動で あっ た た め

，

そのこ と に集 中し 運動 中の肘 関節 の_動きや_位置を認 知し な が ら 実 施 し た 可能 性が あっ た

。

そのた め

，

自動 運 動 と振 動 刺 激の間 に おいて

，

感 覚 運 動 領野 を 除 く前頭葉の脳内情 報 処理機能 に 差異が あ る 可 能 性が 示唆さ れ た

。

感覚運 動 領 野 上におい て 自動 運 動 と振 動 刺 激の_{μ 波}の 間 に 有 意 差 を 認 め な かっ たこ と につ い て

，

自動 運動の ような 運動実行は

，

運 動 領 野

，

特に

一

次 運動野 が脊 髄の運動ニ ュ

ー

ロ ンに 運動 実 行命 令 を 送 り骨 格 筋 を 制 御 す るこ と で 実 行 さ れ る6）

。

これ は 本 結 果 で 運 動錯覚中に 賦活し た 運動領域 が

，

実際 に 四肢の 自動運動 を 実行し 制御す る 脳領域 と

一

致す るこ と を意 味 する

。

つ ま り

，

本 研 究 結 果 か ら

，

これ らの領 域 で は

，

振 動 刺 激 が 自動運動を行っ ている と き と 同様の感覚運動情 報 と し て 入力処 理 さ れ

，

運動錯覚 を起こしてい る体 部 位 再現を形 成 し 運 動 を イメ

ー

ジ し てい る 可能 性が 示唆さ れ た

。

2．

振 動 刺 激に よ る神 経 活 動 領 域の機 能 的連 関 　安 静 と振 動 刺 激の比 較 で は

，

振動 刺 激で BA6 を中心 と す る感覚運動 領野 に お け る 三領 域問の有 意に強い機 能 的連関を認 め た

。

補 足運動野を含 む

BA6

は

，

本 来

，

実 際 に 運 動 を 行っ た 際 に 高い神経活 動を 示す 領野で ある が

，

実際 に 運動を行っ ていない状 態でも運 動 を脳 内 イ メ

ー

ジする だ けで活 動 する42）。 さ ら に

，BA6

は他の 感 覚運 動 領 野 に 対 し て 情報の指 向処理を行 う4D）41） と され る こ と か ら

，

振動刺激で有 意に 強い三領 域間の機 能 的連 関を 認 め た もの と考 えられ た。 感 覚 刺 激と振 動 刺 激の比

較で は

，

振 動 刺 激 で左側の

BA4 −BA6

聞

，

左 右 BA4 間

に有 意に強い連関を認め た

。

eLORETA 解 析の結果 か ら

，

振 動 刺 激が感 覚 刺 激に 比較し

BA4 ，

　

BA6

の神 経 活 動性 を高めた 結 果に加 え

，

これらの 領 野の機 能 的 連 関が 強 かっ たこと は

，Ehrsson

ら 45） による

，

振動 刺 激によっ て手の運動 錯 覚を体 験す る と き 運動野 と ともに背側 運動 前野

，

補 足運動野 が共 通に関 与 するとい う報 告 と 同様の 結 果と な り

，

運動 錯 覚に は

BA4

と

BA6

の_{神 経 活 動 性}が 高ま る こ とのみで なく

，

その機能 的 連関が 運動 錯 覚発現 機 構の ひ とつ である可能 性が示唆 さ れ た

。

さ らに右側 BA4 との機 能 的 連 関が認め ら れ たこ と につ い て

，

振 動 刺 激 時に は両 側の BA4 が同 期 的に神 経 活 動 性が高ま る 42）こ とが 報 告 さ れて お り

，

ま た

，

Bertiら46 ＞や

Committeri

ら47）は

，

脳 内で の身 体 像 知 覚における右 半球の重 要 性 を示 す ものが 多 く

，

右 半 球 前 頭

一

頭 頂 領 域 の脳神 経 活 動は

，

自己の身 体 像の脳内 再現に おい て重 要 な役 割を 果 た し てい る 可能 性が高い とし てい る

。

そ の た め右上肢に対し振 動 刺 激 を行っ た にもか か わ らず

，

振 動 刺 激の感覚運 動 情 報 が左右 間の 機 能的連関 によ り情 報 連 絡 が な さ れ左 右

BA4

間 に機能的 関 連 を 認 め た の で は な いか と考 えら れ た

。

　 自動 運 動 と 振 動 刺 激の比 較 で は

，

自動 運動で左側の

BA4 −BA6

問に有意 に 強い 機能 的 連関を 認 め た が

，

他 領 域問における同側内お よ び 両 側間の_機能的連関 に は有 意 差 を 認 め な かっ た

。

BA4

−

BA6 間で差 を 認 め たこと につ いて

，Narayana

ら18 ）は

，

機 能的連関 に 関する先 行研 究につ いて メ タ解 析さ れ た

BrainMap

  デ

ー

タベ

ー

ス （www

．

BrainMap

．

org ） を 基 本 に

，

運 動

，

認知

，

情動な どの様々 な 側 面 か ら 設定さ れ た多 くの実 験 課 題につ _い て

，

そ れ ら課題実 行 時の脳 内 領 域 間の機 能 的 連 関に関す る デ

ー

タ ベ

ー

ス と して 作 成 さ れ た meta

−

analytic connectivity 　medeling （

MACM

） を用いて

BA6

と他 領

域の 機 能 的 連関を検 討しており

，

その結 果

，

運 動および 認 知 課 題 時 に おい て

，

両 側 BA4

，

反対 半 球 側の BA3

，

視床

，

被 殻お よ び島な ど と有 意な機 能 的 連 関 を もつ こ と を 報 告し てい る。 特に運 動 時

，

BA6 は同 側 半 球 内の BA4 と強い 機 能 的 連 関をもつ こ と を報 告して い る

。

本 研究 結果 に おいても

，

振 動 刺 激に比 較 し自動 運 勤は有 意 に強い機 能 的 連 関を 呈 し た。

一

方

，

BA3

−BA4

問の機能 的 連関に差を認め なか っ たことにつ いて

，

これ らの領野 間には神 経 学 的に皮 質 問結 合の存 在 48 ）が報 告さ れてい る。 BA4 の神 経 活 動は単に筋 紡 錘か らの感覚情 報処 理 に の み関 与し てい る の で は なく

，

処 理の結果生じ る 運動 錯 覚 などの感 覚 運 動 情 報 その もの に も関 係し て お り6）

，

運 動 錯 覚の知 覚 量は運 動 野の興 奮が 高い と き ほ ど大き い 49）。 そのた め

，

振 動刺激に おい ても 自動 運 動 同 様 本 領 野の機 能 的 連 関を認め た もの と考え ら れ た

。

また

，

BA3

−

BA6 間に おい て も 差 を 認 め な かっ たことにつ い て

，

補 足運動野 と感覚野の問 にも神 経 学 的皮 質 間結 合が

Japanese Physical Therapy Association

NII-Electronic Library Service Japanese _{Physioal 　Therapy 　Assooiation}

振 動 刺 激によ る運 動 錯 覚 時の脳 内 神 経 活 動お よ び機 能 的連関 49 あ り48＞

，

BA6 は 実際の運 動 時のみ な らず運動 錯 覚を起 こしてい る と きの ような感覚運動情 報の空間認 知 処 理 過 程に深 く関与して い る50）た め

，

本領域間で振 動 刺 激は 自動 運 動 と 同様の機 能 的 連 関 を 認め たもの と考え ら れ た。 これらの こ とか ら

，

自動 運 動と振 動 刺 激に おい て

，

機 能的連関の強さに は機 能 的 差 異を認め た もの の

，

感覚 運動 領野の神 経 活 動 性には差 を認めなかっ たこ と や

，

安 静や感 覚 刺 激 との比 較 結 果 か ら振 動 刺 激 もBA4

−

BA6 間 に 強い 機 能的連関を もつ こ と をあ きらか に し たこ と で

，

振動刺 激は 運動 を創 出するための感 覚 運 動 領 野にお ける神経活 動 性お よび機 能 的連 関から捉 え た神 経 ネッ ト ワ

ー

クへ 大 き く影 響 を 及 ぼ し た と考 えるこ とがで きる。 　今 回

，

振 動 刺激 が

，

感 覚や 運 動 を 司 る 脳領域の神 経 活 動 性を高め

，

さ らに機能的 連 関 を基 盤 とし たニュ

ー

ラル ネッ トワ

ー

クへ _{影 響を及ぼ し}てい る 可 能 性 を 示 唆 し た

。

こ の こと は

，

ニ ュ

ー

ロ リハ ビ リテ

ー

ショ ン介入 と し て 応 用 可 能である こ と を示 唆 する

。

本 研 究では

，

振 動刺 激が 及ぼす 影 響を大 脳 皮 質

．

特に感覚運 動 領 野 を 中 心 に 検 討 したが

，

感 覚 運 動 情 報 処理過 程に おける情 報 収 集

，

情報 弁別過 程に は小 脳の 関与 51）も報 告さ れてい るた め

．

今 後

，

あ きらか となっ た神 経 活 動 領 域の機 能 的連関を 基 盤 に

，

時 経 的 解 析 を加 え たより詳 細 な 解 析 を行 うことで

，

よ り広範な 脳 領 域での感 覚運動 情 報の 「流れ」を検 証し

，

機 能的連関 に基づいたニ ュ

ー

_ラルネッ トワ

ー

クをあき ら か にするこ とが重 要 と思 われ る。 結 論 　 本 研 究は

，

振 動 刺 激に よる運動 錯 覚が脳 内神 経 活 動へ どの ような影 響 を及ぼすかにつ い て

，

_μ波を神 経生 理学 的指 標と した神 経 活 動 領 域お よび機 能 的 連 関の検 討を 行っ た。 空 間 的解 析における神 経 活 動 部 位の検 証のみ な らず

，

その機 能 的連 関の解 析を加え たことで

，

感 覚運動 領 野における運動 錯 覚と 自動運動との機能 的 差 異 が あ き ら か と なっ た と と も に

，

振 動 刺激 は感 覚運動 領

ny

　

BA3 ，

BA4

，

　 BA6 の神 経 活 動 性を高め

，

強い_機能的 連関を 形 成する こと が あ き ら か と なっ た

。

これ らの解 明 はニ ュ

ー

ロ リハ _{ビ リ}テ

ー

シ ョ ン の発 展に大きく貢 献 する と 思 わ れる

。

謝 辞 ：_{本研 究 は}

JSPS

_{科研 費}

25882038

_{の助 成 を受け て} 実 施さ れ た研 究の

一

部である。 文 　 　献

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ロイメ

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<Abstract>

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of

Source

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Connectivity

of

KiiiestheticlllusionElicitedbyTlendon Vibration

Takayuki KODAMA, PT,PhD, Hironori

OSUGI,

PT,PhD,

Teppei

ABIKO,

PT,

MS

Department

_ofPlrysical

Ther(mp,

Faculty

ofHlealth

Sciences,

dyoto

fkechibana

U}ziversity

Hideki

NAKANO,

PT,

MS,

Michihiro

OSUMI,

PT,

MS,

Shu

MORIOKA, PT,PhD

DepartrnentoflVleurorehabilitation,

Graduate

School

ofHbalth Science,Kio U}zivensdy

HidekiNAKANO, PT,MS

Queensland

Brain

Institute,

The

U}tiversity

of

Queensland

Purpose:

The

purpose ofthisstudy was toexamine the infiuenceof vibratory stimulation-induced

kinesthetic

illusion

on

brain

function.

which compared

it

with

brain

function

during

actual muscle

contractile movement byusing theEEG analysis,

Subjects:Twenty healthy_peopleaged

21.5

±

1,5

years were recruited.

No

subjects were observed to

exhibit motor and sensory paralysis.

Methods: Brainwaves invibratory stimu]ation were measured

in

the

resting condition and _presence

of vibratory stimulation, active muscLe contraction

(active

movement), and sensory stimulation

without vibratory stimulation totendon or movement,

For

the

neurophysiological

index

toevaluate

brain

function,the_" rhythm

(IU13

Hz higha cortical Oscillations),which isexpressed mainly

in

the

kinestheticcortex and attenuates with movement, was employed, Calculateddata were compared

employing analyses of

Source

Localization

and Functional

Connectivity

by

eLORETA method.

Results:

In

vibratory stimulation condition, compared to

brain

waves inthe resting condition or sensory stimulation condition,

the

kinestheticcortical _" rhythm decreased under the other conditions.

Furthermore, intra-and inter-hemisphericbrainfunctionalconnectivity insensorimotor cortex were significantly stronger than itunder the other conditions. When brainwaves were compared between

those inthe _presence of vibratory stirnulation and active movement, no significant differencewas noted inboththe kinestheticcortical _" rhythm and functionalconnectivity

in

sensorimotor cortex.

Conclusions:

These findings suggested that sensorimotor information _processing induced by vibratory stimulation isbasedon neural functionalnetworks insensorimotor cortex,