理 学 療 法 学
第
37
巻 第1
号35
〜
40
頁 (201Q
年 )研 究 論 文
筋 疲 労 課 題 中
に
お
け
る
大 脳 皮 質 感
覚
運動 野
領
域
の
ヘ
モ
グ
ロ
ビ
ン
濃
度変 化
に
つ い
て
*一
近赤外分光
イ
メ
ー
ジ
ン
グ装
置
に
よ る
検
討
岩
部 達 也
1
)#大 西 秀 明
D
久 保
雅 義
1
)古
川 勝 弥
1
)2
)桐 本
光
3)要 旨
【
目的
】
筋 疲 労 課 題 申
にお け
る筋 力
,
筋 活 動
お よ び大 脳 皮 質 感 覚
運動
野領
域
の活動
の時 間 的 変 化 を明
ら か に す るこ とである。
【
対象
およ び方法 】 対 象
は健 常 男性 成
人7
名
と し た。
筋
疲労 課
題 は,
最
大収
縮の50
%(
50
%MVC
)
での右
千 指 把 持
300
秒
問 持 続 と
,最 大 収 縮 (
100
%
MVC
)
での右 手 指 把 持
120
秒 間 持 続
の2
条 件
と し た。
両条
件におい て,
120
秒
問の安 静
の後
に課 題 を 遂 行
し,
課 題 終 ゴ後
300
秒 間
の安 静 時 間
を設
け
た。
安 静
時 お よ び 課 題 遂 行 中の大 脳 皮 質 酸 素 化ヘ モ グロ ビ ン変 化 量〔
∠oxyllb
) を近 赤 外 分 光
イメー
ジング装 置 (
fNIRS
)
を用
いて計 測
し た。
ま た,
把 持
力
お よ び筋
竃 図 を併
せ て記
録
し た、
,
【
結
果】
両条 件
下に お い て,
把 持 開 始 後 直
ちに ∠ oxyHb の増 加
がみ ら れ た が,
50
%MVC
で は 把持 力
お よ び筋 活 動
の低
下の後
に時 間
をお い て ∠ 〔}xyHb の緩
やか な減 少
が認
め ら れ,
1
〔}0
%MVC
では,
把 持力
お よ び 筋活
動 が 低 下 し てい る にも関 わ
らず 課 題 終
r
間 近 ま
で ∠]oxyHb
の増 加 が 認
め られ
た。両 条件
におけ
る ∠ oxyHb の減
衰 率 は,
筋 電 図の減衰
率 に 比べ少
な かっ た。
【
結 論】負
荷 量の異
なる疲 労
課 題 に おい て,
筋 活 動
が低
F
し てい る に も関
わ らず
,感覚
運動 野 領
域の活
動
は 最大
収
縮条
件
で増
加
し続
け,最 大
ド収 縮 条 件
では増 加
後
に低 下 す
る こ と が明
ら か と なっ た。
キー
ワー
ド筋 疲 労
,
大脳 皮 質
,
近赤 外 線
分 光法
は じめ
に筋 疲 労
と は,
力
を 産生
す る 能力
の減
少 と定
義
さ れ 亅〕,末
梢
性
疲
労
と中
枢性
疲
労
に分
類す
ること がで き る,
:
末梢
性 疲 労
は神 経 筋 接 合 部
より
遠位
の要 因
により引 き起
こされ
る力
の産
生の減 少
と言 え
,
1卜枢 性 疲 労
は神 経 筋 接 合 部
より
近位
の要 因
に よ る随 意 的
な 運動 遂 行
に伴 う筋 出 力
の減 少
と言 え
る 2−
4)。一
般
に,
筋 疲 労
はその両 方
の要 因
が *Oxyge
[IEItiotlChanges
in
Se
[lsorim 〔,Lor (⊃ortexdurinE
Exhaug
.
tive
Handgrip
Task
−
A
Near
−
inf
/rarcdSpectroscopy
SLudy
−
1
) 新 潟 医 療 福 祉 大 学 大 学 院 保健 学 専 攻 理学療法学分 野〔〒
9503198
新 潟県新 潟 市七区島見町1398
〕
Tatsu
/.
aIwabe
,
PT
,
Hideaki
Onishi
,
PT
、
PhD
、
Mas
と點y‘}shiKubo
,
PT
,
PhD
,
Karsuya
FurLlkawa
.
PT
:FieLd
〔,f
PhysicH
]Therapy
.
Niigata
UnLversity
QfheaLth
and wett’
are grad”’
ate scheo !2
) 新 潟リハ ビ リ テー
ション 病 院 リハ ビ リ テー
ション部
KaLsuya
Furukawa
,
PT
:Deparume
”L(}f
RehabTLTtation
,
Niigata
ICehubilitation
H
く}spita13
)新 潟 医 療 福 祉 大 学 作 業 療 法学科Tlknri
1
〈irLmoto.
OT
,
MS
:Departmont
c〕f
O
〔:cupationalT
】]erupy,
Niiga
匸aUnLx
ersiLy o正LIeal
ヒh
andXVelfar
・
e #E
−
rrluiL:hpmO70 〔}1
@nullw.
ac、
JP
(受 付 日 20{〕9 年 8 月 19 凵 /受 理口
2009
年10H13
日 }関連 し
てい ることが 示 さ れ
てい る5)。
中 枢 性 疲 労
にお け
る皮 質
およ び皮 質
下の活 動
につ い て は,持 続 ま
た は間欠
的 な 最 人
随
意収
縮課
題 お よ び 最 大 下随
意収
縮課
題遂 行
中の
脳
活
動 領
域 を,
機 能
的 磁 気 共
鳴
両 像
(
Functional
MagDetic
ResollaIlce
Imaging
;fMRI
)
や陽電 チ
・
放 射 断
層 撮 影 な
どのイ
メー
ジング装 置 を 用
いて報 告 され
てい る fi)7)。
ま
た,
課 題 遂 行
の時
間経 過
に伴 う
一
次
運動
野の 興奮 性
の低
ド8)9)や 運動
関連 領
野神 経 活 動
の低
下6)IO)
な
どの,
中 枢 神 経 系 活 性 化
の不
足 く
central
activationfaiJure
;CAF
)の 出 現 につ い て も 関 心 が 向 け ら れてい る6
)8
−
10)D随 意 収 縮
課 題 遂 行
に より
,
筋 力
の低
下に伴
い一
一
次
運 動 野の神 経 活 動
は次第
に増 加 す
る こ と が報
告 さ れてい る s}8−
⊥°) 。しか し
,
fMRI
を用
いた 研 究
に より
,
課
題 開始
から一
次
運動
野お よ び運動
関連 領
野の神
経 活 動 が 増 加 し た後
,
時問経 過
に伴
い一・
定
になるか,
ま
た は低
下 す る こ と が報 告
さ れて い る 6)10)。 さ ら に,
経 頭 蓋 磁 気 刺 激
(
Transcranial
Magnetic
Stimulation
;TMS
) を 用い て 選 択 的 に一
次 運動 野
か ら疲 労 筋
へ の出力 を評 価
した研究
36
理 学 療 法 学 第37
巻 第1
号 に お いても
,
大 脳 皮 質
の一
次
運 動 野の活 動
が 低 ドす ること
が研 究
で明
ら か に なっ てい る 9)。
ま た,
脳波
お よ び筋
電
図(
Electromyogram
;EMG
)
の周 波数 帯
の・
致性
を 調 査 し た 研 究において も,
筋 疲 労
に伴
い一
致性
が低
下 し てく
るこ とが 示 さ れ
てい る10 。中 枢 神 経 系
の障 害
であ
る,
脳 卒 巾
12)やパー
キン ソ ン病
13」等
の疾 患
や,
振 戦M )等
の病 態
おい ても
, 脳波
およ びEMG
の一
致 性
の低
下 を引 き起
こ し てい るこ と が報 告
さ れ てい る。
し か し な が ら,
筋 疲 労 に 伴 う 皮 質 神 経 活 動の低 下 やEMG
との致 性 低
下 を引 き起
こす 屮枢 神 経 系
に よ る筋 活 動 調 節
の メ カニ ズ ム につ い ては未
だ明確
でな く
,
これ
らの解 明
は臨 床
に お いて多
く存 在
する疲労 徴
候 に対 す
る考 察
の一
助 と な る と考
え ら れ る。
筋 持 続 収
縮中
に おけ
る筋 活 動
と 大脳 皮 質 神 経 活 動
の経
時 的 変 化
つ い て調 査 す
るた め
に,
本
耕究
にお
い て は大 脳
皮 質 神 経 活 動
の計 測
に近 赤 外 分 光 イ
メー
ジ ン グ装 置
(
Functiona
]Near
−lnfrared
Spectroscopy
;fNIRS
) を 用 いたcfNIRS は,神
経 血管
相k
:作
用 に基
づ く神
経 活 動 に伴
う
局 所
脳 血 流 変化
を,
ヘ モ グロビ ン濃 度
変化
を検
出 す る こ とに より測 定 す
る装 置
で ある、
TMs
に よ り誘
発 さ れる運 動 誘 発 電 位
で は,
大 脳 皮 質神 経 細 胞
の活 動 状 態
と 脊 髄 運 動 神 経 細 胞の活 動 状態
を併
せ て反 映 し て し まう
が,fNIRS
やfMR
工で は,
大 脳皮
質
神 経
細 胞の活
動 状態
の み を計
測 す る こ と が 可 能 で あ る。
ま た,fNIRS
はfMRI
に比べ て空問 分 解 能
に劣
る もの の,
時 閲 分 解 能
に優 れ
,
経 時 的 な大 脳 皮 質 神 経 活 動
の変 化 を
モニ タリングす
るこ と が1rr
能
であ
る という 利 点
があ
る。
さ
らに,
rMR
王に 比較
し て測定
環境
の制
限が少
なく
,過 負 荷
の課
題
を 実行
し やす
い こ と も有
利 な点
であ
るtt本研 究
で は,
fNIRS
の特徴
を生
か し て筋
疲
労
に 関連
し た筋 活 動
と大 脳 皮 質 運 動 感 覚 野 領
域の神 経 活 動
の経 時 的
変 化 を明 らか
にす
るこ とを 凵的
と し た、対 象
お よ び方 法
L
対
象
右 利
き健 常男
性7
名 (23
.
1
±2
.
1
歳)
を 対象
と し,
実
験
へ の参 加
の前
に実 験 内 容
につ いて ト分
な説
明 を 行い ,文 書
にて同意 を得
た,本 研 究
は,
新
潟
医療 福 杜
大学倫
理委 員会
の承
認 を得
て実 施
した(
17035
−
08070
)
。
2
.
把 持 力 お よ びEMG
の 記録
被験 者
は,椅
r
に 腰 を掛
けた座位 姿 勢
で,
両
上 肢 と も ド垂位
と し,
前
腕
回内外 中 間位 を保 持
し た。把 持 力
は,
握
力 計 (
MLTOO3
/D
Grip
F
〔}rceTranduceL
ADInstrunlents)
に よ り
計 測
した。
EMG
計 測
は,
導
出筋
を指
伸 筋,
前 腕 屈 筋群
(長 掌 筋 直
下)
,
尺 側 手 根 屈 筋
,
腕 橈 骨 筋
の四筋
と し,
表 而 電 極 によ り 記録
し た。
ま た,
各
々約
3Cln
の 電極
間 隔 と した 。EMG
信 号
を前 増 幅 器 (
DPA
−
10P
,
ダ イ ヤメ デ ィ カ ル シ ス テム) お よ び増 幅 器 (
DPA
−
2008
,
ダ イ ヤメディカル シ ステム)
で増 幅 し
,
生 体 信 号 解 析
シ ス テ ム(
Power
Lab
8
/30
,
ADInstruments
) によ リサ ンプ リ ン グ周
波 数lkHz
で抽
出 し,把
持
力 信 号
と と も にパー
ソナル コンピュー
ター
に取
り込
ん だ。
3
.
NIRS
計 測
近
赤 外 分
光 イメー
ジング装 置 (
多
チャンネ
ル脳 酸 素
モ ニ タOMM
−
3000A
.
島 津 製 作 所
)に より
,大 脳 皮 質
ヘ モ グロ ビン濃 度 変 化 を 計 測
した
。
送 光
プロー
ブ10
本
(
Tl
か らTlO
)
お よ び受 光
プロー
ブ10
本
(
R
ユか らR10
)
を3cm
間 隔
で格 子 状
に配 置
し,
全31
チャネ
ル の計 測
を行
っ た(
図
IA
)
。本研 究
に おい ては筋 活 動
と皮 質運 動 感
覚
野領 域
の神 経 活 動
との関係
を調 査
する た め,
左
IL
.
球 運
動 関 連 領 域 直 上
の計測 プ
ロー
ブを 設 置
し た(
図
IB
)
。
な
お.
サンプ リング間隔
は160msec
と し た。
4.
実 験手
順筋
疲労 課
題 は,
最 大 随 意 収 縮 (100
%MVC
)
で の右
手 指 把 持
12
〔〕秒 間 持 続
と,
最
大 随 意収
縮の50
% (50
%MVC
)
で の右 手 指 把 持
300
秒 間 持 続
の2
条
t
,1
,と し た。
両条 件
とも120
秒
間の安 静
の後
に課 題を遂 行
し,
課 題 終
了後
300
秒 聞の安 静 時
間を 設
けた。
安 静 時
およ び課 題 遂
行 時 に,
頭部
,
体幹
,
下 肢 お よ び 対 側の ト肢 な どの活動
が 起 き ない よう
に 十 分 に 注 意 を 促 し,
計 測 を 開 始 し た。
課 題 開始 前
に,
5
秒 問
の100
%MVC
把 持 動 作
を行
わ せ,凵標 把 持 力
を決 定
し た、
課 題 遂 行 時
に把 持 力 波 形
を,
パー
ソナル コ ンピュー
ター
上で視 覚 的
に フ ィー
ドバ ック し,
目標 把 持 力
の維 持
に努
め させ た。各 条 件
は,
1
凵
以L
を あ
け た別
目 に実 施
した
。
5
.
デー
タ解 析
得
ら れ たEMG
信 弓
』
は,
全 波 整
流の後
,
1001
ポイ
ン ト で ス ムー
ジング処
理 を行
い,
そ れ ぞ れ最
大 随 意 収 縮 時のA
&)uroe踵
゜e怕欝
鵡
賑
覊
灘
灘
躍黔
兜
曜.
璽孅.
or
B
図
1MRS
照 射・
受 光 プロー
ブの装 着 図 とプロー
ブ配 置 図A
照 射プロ
ー
ブ お よ び受光 プロー
ブの配置 図.
国 際
10
−
2
〔〕法に 基づい たCZ
に21
チャ ンネル を配 置 する様 に プロー
ブ を設 置し た.
B
プロ
ー
ブ固 定用 ホル ダを 装 着した・
例.
筋
疲労
課題中に おける大 脳 皮 質ヘ モ グロ ビン濃 度 変 化37
EMG
信 号
にて正 規 化
した (
%EMG
)
。
ま
た,
手 指 領 域
の
皮 質
活
動
との 比較
をす
る為
に 四筋
の平 均
%EMG
(
mean %EMG
) 求
め た。
NIRS
信 号 は,
3
つ の チャネル(
ユ9
,
22
,
23
チ ャネル)
を手 指
の運動 感 覚
野領
域 と し,
脳 活 動
との関 連
が高
い∠ QxyHbl5 )の平 均 値 を求
め たc,
mean
%
EMG
お よ び∠ xyHb の課 題 開 始
か ら最 大 値
に
至
るま
で の時 間
および最 大 値
か ら課 題 終 了 ま
で の減 衰
率
を算
川 し,SPSS
に よ る一
元 配置
分散
分析
を 川い て検
定
し,
ま た事
後検
定
にはTukey
llSD
法
を用い,
有 意水
準
は5
% と し た。
結
果1
.
∠ oxyHb と把 持 力
お よび筋 活 動
の時 問 的 変 化
ユ
00
%
MVC
条件
に おけ
る典 型 的
な ∠oxyHb
,
把 持 力
,
mean
%EMG
の変 化
パ ター
ン を 図2
に 示 す。
課 題 開 始後 直
ち に 耙持 力
お よ びmeaIl %EMG
は最
大 と なり
,
そ の後
,
課
題終
了
まで減 少
が み ら れ た。
対 照 的
に,
∠ oxyHb は 課 題開
始後
か ら課
題終
一
r
直 前
まで増 加
し続 け
た。 こ の変 化
は,
7
人
の被 験 者
に おい て共 通
であ
った
(
図
3
)
。50
%MVC
条 件
に おけ
る典 型 的 な
∠oxyHb
,把 持 力
, mean %EMG
の変 化
パ ター
ンを 図4
に 示す
。
課 題 開始
後
し ば ら く把 持 力
は 目標 力
を維 持
し た が,
mean %EMG
は徐
々 に増 大
が み られ
た。ま
た,
把 持 力
が1
.
[標 力
を維 持
でき
なくな
る時
に,
mean%
EMG
が最 大 値
を迎
え
,
その後
は把 持 力
,
mean%
EMG
とも
に徐
々 に減 少
し た。一
方
で, ∠oxyHb は 課 題開 始 後
よ り徐
々 に増
加 し,
把
持力
,
mean %EMG
の減
少 が起
こ っ た後
に,
し ば ら く して緩
や か な減
少 が み ら れ た。
こ の変 化
は7
人の被 験 者
におい て共 通
であ
っ た(
図
5
)
u2
.
最 大値 ま
で の時 間
お よ び課
題終
了ま
で の減 衰 率
そ れ ぞ れの
条 件
に お け る,
∠ ox.
yllb
お よ びmean %EMG
が課
題開
始後
か ら最
大 値 に達
す る まで の時 間
を表
1
に示 す
。
100
%MVC
条 件
におい て,
∠ oxyHb は,
全
て の被 験 者
にお
い て課題 終 ∫直 前 ま
た は直後
に最 人 値
に至
っ た(
⊥12
.
5
土10
,
3,
平 均 値
±標
準
偏差
)。
し か し な が ら,
mean
%EMG
は, 課 題 開 始初
期(
9.
8
±3
」秒 )
に最
大 験 b.
!.
,
5輳
羣
讐ξ
一一
一
:一耄
1
_
無
織
li
,
’
11
忌
/
\
犠
器
liiL
_
、
肆 fiO 1
’
1/
1/
Iso 誉垂冂
狗“ 一 しm 亅e 〔sec) 乱_
__ ___
_
.
s,
it4.
,
。.、
.
。、
1
。 図2
100
%MVC
条件
にお ける課 題 中の ∠ QxyHb,
EMG
,
把 持 力の一
例 矢 印:課 題 期 間 課 題 開 始 後 直 ちに把 持 力お よびmean %EMG
の低
下 が み ら れ た,
tl oxyHb は,
徐々に増 加 し,
把
持力
お よ び rnean %EMG
が低下 し てい る にも関 わ ら ず 課 題終了間近 まで ∠ oxyHb の増 加 が 認めら れ た
.
3
鳴6、
羹
・
拳Oltl 螽靴
郷N
イ鵬・
釋 踟罍
。 ,讐
継蠡
∵
.
器
罎
、。ゆ 盡 蹴 b、
ui 9 緲」
ン ◎
ご
禰
ト
_
一
_
_
1
焦 12v ISF〕 24唱
1 3∈
ト
3 s.
Gv 42e − thエle{seの 4説
}
呂
暑雛
」
沿嚠
) 嬉Gc 1’
2G 図4 50
%MVC
条件 に お け る課題中の ∠ oxyHb,
EMG
, 把 持力の
一
例矢印
:課 題期
間 課題開 始 後,
把 持 力は暫 くの問50
%MVC
を 維 持 し,
その後 徐々 に低 下 した.
mean %EMG
は徐々に増 加し,
把 持 力の低 下 と同 時 期に徐々に低下 し た.
』 oxyHb は,
課 題 開 始 後 か ら 増 加 が み られ,
把 持 力お よ び mean %EMG
の低 下の後にA
oxyHb の緩や か な 減 少 が 認 め ら れ た.
o冒黛
100
%MVC
野
書
∵
「
餮
腕
.
舗1
緬 →time
(sec ) 図3
100
%MVC
条 件に おける課題 巾 の ∠ oxvl {b
の 経 時 的 変化 (全被 験 者) 矢 印:課 題 期 間{
(
舞州
震 脳 崎 鷲 び ぷ 鵠 〉 霽 Q # 鮭’
副
50
%Mvc
… 塗甘
1.
05擁
煎轡
轟鰯
靉
靆
誕
一 毳浙 LEO 纐 跡 σ s51 鐙ニ ーt
撫le〈導ec>跨
\
蟹
熱
灘
図5 50
%MVC
条什
に おける課 題111の∠ oxyHb の経時
的変化
(全 被 験 者 ) 矢 印 :課 題 期聞38
琿学療 法 学第
37
巻第1
号表
1
課題開 始か ら最 大 値 まで の時 問 の減 衰率
は,
条 件 聞
で有 意
な左
は認め られ な かっ た。
侍 間 (秒 )100
%MVC
条件
50
%MVC
条件 ∠]〔,xvHb112
.
5
± ⊥0
.
3
* 1 rnean %EMG
9
.
8
±3
.
1
*2 ∠ oxvlIbユ
19
.
6
±ユ7
,
6
*u mean %EMG
58
ユ±16
.
4
(
mean ±SD
) *1 :100
%MVC
条 件の ∠ oxyHb と100
%MVC
条 件の mean %EMG
との 間 (p
<0
.
0
⊥),
100
%MVC
条 件の∠ oxyHb と
50
%MVC
条 件の mean %EMG
との 問(
P
くO
.
01
).
*2
:
100
%MVC
条 件のmean %EMG
と50
%MVC
条件の∠]〔)xyTIb と の 問
(
p
<0
.
01
).
100
%MVC
条 件 のm じan %
EMG
と50
%MvC
条 件
の mean %EMG
との間
(
p
<0
.
D1
).
*3 :50
%MVC
条 件
の ∠ oxyHb と50
%MVC
条 件 の mcan %EMG
との問 〔p
<0
.
01
).
表2
最 大値か ら 課 題終了 直 前 ま での減 衰率 減 衰 率 〔% ) ∠oxyHb
3
.
5
±3
.
0
*
l mean %EMG
79
.
4
±7
.
6
*2 ∠ oxvHb32
.
4
±1
・1
.
2
“G nlean %EMG
84
.
1
±5
,
4
考
察
100
%MVC
条 件50
%MVC
条 件 (lnean ±SD
):
]’
1 :
100
%MVC
条 什の ∠ oxyHb と100
%MVC
条 件のmcan %
EMG
との 聞 (p
<0
.
O
⊥),
]OO
%MVC
条 件の∠ oxyllb と
50
%MVC
条 件
の∠ oxyHb との間(
p
くo
.
oD
.
loo
%MVC
条 件の ∠ oxyHb と50
%MvC
条件 のmeall %EMG
との閊 (p
<0
.
Ol
).
寧2 :100
%MVC
条 件のrnean %EMG
と50
%MVC
条件の ∠ 〔〕xyHb との問 (p 〈0
.
Ol
).
*3 :50
% :>IVC
条 件 の ∠ oxyHb と5
〔〕%MVC
条 竹 の mean %EMG
との問 (p〈0
.
01
).
値
に至 り
,
∠oxyHb
と比
べ有 意
に短
い時 間
であ
った
(
p
<O.
01
),
,
ま た
,
50
%
MVC
に お い て,
∠oxyHb は119
,
6
±17
.
6
秒
で,
Inean %EMG
は58
.
1
±16
.
4
秒
で最 大値
とな り
,
∠ oxyHb に比べ mean %EMG
は有 意
に 短い時
間であ
っ た 〔p
<0
.
01
)ttt条 件 問
で の mean%
EMG
の最
大 値 ま
で の時
聞 は,50
%MVC
条 件
に比
べIOO
%
MVC
条 件
は有 意
に短
い時 間
であ
った が (
p
<0.
01
),
A
〔}xyHb に 関 し て は
条 件
間で有 意
な差
は み られ なか っ た。
そ れ ぞ れの
条
件
に お け る,Zi
oxyHb とlnean %EMG
の
最
大値
か ら誅 題
終
∫直 前
まで の減 衰 率 を 表
2
示 す
、
,
100
%MVC
にお ける ∠ oxvHb の減 衰 率 は3
,
5
±3
.
0
%であ り殆
ど減 少
を見
せ な かっ た が,
meaI1 %EMG
の減
衰率
は79
.
4
±7
.
6
%
で あっ た。
50
%MVC
において は,
∠ oxyHb の減 衰 率
は32
.
4
±14
.
2
% で あっ た が,
mean %EMG
の減 哀 率
は84
.
1
±5
.
4
%
で あり
,
LOO
%MVC
時 と ほ ぼ 同様
に70
%以 ヒの減 衰 率
を 示 し た,
t 両 条件
に おいて
,
zd oxyHb の 減 衰 率 は,
mean %EMG
の 減哀 率
に比べ
有 意
に少 な かっ た (p
〈O
.
Ol
)
。
ま た 条 件 問 に お け る ∠ oxyHb の減 衰 率
は,
100
%MVC
条 件
が50
%MVC
条
件
に比べ 有 意 に少 な かっ た 〔p
<0.
0
ユ)
。
mea1 /%i
£MG
ユ
00
%MVC
条 件
と50
%MVC
条 件
の双 方
にお
い て,
mean %EMG
が低
.
ド
し始
め たにも 関 わ らず 感 覚 運 動 野
領 域 におけ
る ∠ QxyHb は増 加
を続
けた。
持
続収
縮課
題中
に一
次 運 動
野の興奮 性
が増 大
す るこ と は,
いく
つ かの先 行 研 究
により報 告
さ れており
6)81 ω,
本
研究
に お け る感 覚 運 動
野領
域の神
経
活
動の増 加 も,
Iltij
様
の現
.
象
と考
えら
れ る。
本
研究
に おい て は,
一
次感 覚
運動 野 領 域
の神 経
活 動
が 増加
して い る に も か か わ らず
,
脊髄
運動 神 経 細 胞
の興 奮 性
の低 下
を意 味 し
てい る IIユean
%
EMG
は低
ド し ており
,
求
心性 神 経 細 胞
お よ び介 在 神 経 細 胞
から脊 髄 運
動 神 経 細 胞
へ の抑 制 性
入力
の増
大,
ま た は 興奮
性 人 力の減 少 を
反映
し てい るので は ない か と考
え
ら れ る。
mean
%EMG
の 減衰
率 は100
%MVC
条件
と50
%M
、℃ 条 件の 問で有 意 差 が み ら れ な かっ た が,
∠ oxyHb の 減.
衰
は100
%MVC
条 件
で は殆
ど減 衰
は み ら れず
,
50
%MVC
条 件
で は30
% 程 度
の減 衰 率
を示
し た。
50
%MVc
条 件
におい て,
mean%
EMG
が低
下した後
に時 間
を お
いて感 覚 運 動 野 領 域
に おけ
る∠oxyHb
の緩
や か な 低 下 が 観 察 さ れ た。
最 大 お よ び 最 大 卜.
収 縮 中 に お け る一一
次
運動
野 およ び運動 関
連 領 野の神
経 活 動
が一
定
と な る か,
ま た は 低 下 す る こ と は,rMRI
を 用いた 研究
に よ り 報 告 さ れ てい る6HO }。
し か し な が ら,
皮質
神経 活
動の低
ドの原 因
につ い ては明 確
では ない。一
つ の.
1’
T]
’
能 性
と し て,
求
心性 神 経 細 胞
の活 動
に よ る一
次
運動 野 神 経細 胞
の抑 制
が考
え ら れる。
脳 磁 図
を川い た研 究
に より
,筋 疲 労
に伴
い,
運 動 感 覚 を
反映
してい ると言 わ
れ る運 動 誘 発 磁
界 が 増 人 す
るこ と が報 告
され
てい る16〕。
さ ら
に,III
お
よ びIV
求
心 性神
経 細 胞の 発 火 頻 度の増 大 が一
次 運動
野 の興 奮 性
を低
「さ せ る 可 能性
が報 告
さ れ てい る17/’
、
IrI
お よ びIV
求
心性
神
経 細 胞
は,
筋 内
の機 械
的 ま た は化
学的 な刺 激
に敏 感
であ り
,
筋収 縮
による末梢
r
肛管
の疎
血や代 謝 産 物
の蓄 積
に伴
い発
火頻 度
が増 加 す
る18
−
22)。
こ れ らの こ とか ら,
木 研 究
におい て は,
100
%MVC
条
件で は早 期
から筋 活 動
や把 持 力
が低
「し続 け
,
末 梢
血管
の疎
1fLL
や代 謝 産 物
の蓄 積
の程 度
が少 な
かっ た こ と に対
し,
50
%MVC
条 件
で は 長時
閲・
定
の強 度
で収 縮
を維 持
した た め,末 梢
血管
の疎
血 や代 謝 産 物
の蓄 積 が
より増 大
し た の で は ない か と考 え
ら れる.す な
わち
50
%MVC
条 件
に おい ては,
III
お よ びIV
求 心 性 神 経 細 胞
の発
火頻
度 が ユ00
%MVc
条 件
に比べ より増 大
し た た め,一
次 運動
野 の神 経 活 動
の減 少
に至っ たこと が考
え ら れ る。
本 研 究
の限 界
は,
fNIRS
が 比較
約優
れ た時
聞 分解 能
に比
べ,
空 間分 解 能
に乏 しい た め,一
次 運 動 野 およ び一
次
体 性 感 覚 野
を分 離
して測 定
す るこ と が 困 難 で あっ たこ と が あ げ られ る。
さ らに,
神 経1
血符
相 圧作
用 に基
づ いた皮
筋 疲 労 課 題 中に おける大脳
皮質
ヘ モ グロ ビン濃 度 変 化39
質 神 経 活 動
を測 定
し てい るた め,
抑
制 性
入力
お よ び 興奮
性
入力
の双 方 を 反 映 し
て い る可 能 性 も あ
る。ま
た,
NIRS
信 号
が 頭表 部
より近 赤 外 光 を 照 射
,
脳 実 質
を通
る 拡 散 光 を 検 出 し てい る信 号の為
,
脳外 組 織
1
虹流
の成 分
を多 分
に検
出 し て し まう
可能性
が あ る。 そ れを裏 付 け
る よう
に,
NIRS
信 号 が 心拍
動,
動 脈
圧変 動
お よび呼 吸 な ど
の影 響
を 受 け る こ と が 報告
さ れ てい る23)。
本
研究
で使
川 し
た課 題
は,
最 大 努力
を伴 う
た め体
循環
へ の影
響 を無
視
で き ない と考 え
られる。
加
えて,
疲 労 課 題
も高負 荷
の2
条件
の み で あり
, ユ00
%MVC
条 件
に おけ
る課 題 遂 行
時 間 が,
50
%MVC
条 件
の ∠oxyHb の低
ド と ほ ぼ同 時
期
に終了
して し まう
た め,
∠ oxyHb の 低 ドが,
負 荷
強度
に関 連
せず
,
課
題遂 行 時 間
にのみ関
連 し てい る 可 能 性も考
え ら れ る。今 後
,
アー
チフ ァク トの同定
や,
より低
い負 荷 強 度
に よ る課
題設 定
,
課 題 遂 行 時 間
の調
整,
他
の皮 質 領 域 神 経 活 動
の解 析 を含
め て検 討 を加 え
ていく必 要
が あ る。
結
論
本研 究
におい て,
筋 疲
労
課
題遂行
中
に筋活 動
が低
下 し始
めたにも 関
わ らず
,
運 動 感覚 野 領 域
の神 絹 活 動
が増 加
し続 け
る ことが示 さ
れ た。 これにより
,
持 続 収 縮 課題 遂
行 中
の筋 活 動
の低
下 は一
次
運動 野
の神 経 活 動 低
下で はな
く
,
脊 髄 運 動 神 経 細 胞
の興奮性
の低
下 に よ るも
のが大 き
い の で はな
いかと推 察
さ れた
。
ま た
,
最 大 収 縮 条 件 と 最 大.
ド収 縮 条件
に おいては,
筋活 動
の減 少 度 合
いが等
しいにも
か か わ らず
,
最 大下 収 縮
条件
で は筋 活 動 低
F
の後
,
し ば らく
し て皮 質 神 経 活 動
の低
下 が認
め られた。
こ れ は,
求 心 性 神 経 細 胞
か ら大脳 皮
質神 経 細 胞
へ の感 覚 入 丿
丿が 両 条 件 間
で異 な り
,
感覚 運 動
野領 域
の活 動
の抑 制
が最大
ド収
縮条 件
で よ り大 き かっ た ので はない かと考 え
ら れた。
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on
thc
discharge
of
gro
しLplll
Inuscle
affer
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enしsirl
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:LO53
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DA
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iL}}C
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:Diffuse
optical
i
皿 agingQf
brain
activatlion:apPrQaches
to
optimizing
image
,
sensi・
tivity
.
resolulion,
andaccuracy
、
Neuroimage
:200t
];23
:,to
IM\fi
uee
fi
37
k
ig
]
liL
<Abstract>
Oxygenation
Changes
in
Sensorimotor
Cortex
during
Exhaustive
Handgrip
Task
-A
Near-infrared
Spectroscopy
Study"'
Tatsuya
Iwabe,
PT,
Hideaki
Onishi,
PT,
PhD,
Masayoshi
Kubo,
PT,
PhD
Field
of
Physical
Therqpy,
Niigata
Universit,}'
of'health
and weijdre .araduate schoolKatsuya
Furukawa,
PT
Dqpartment
ofRehabUitatton,IViigata
Rehabilitation
Hbspitat
Field
of
Physical
Theruprv,
Niigata
Uhiversity
of
health
and welfttregraduate
sehoolHikari
Kirimoto.
OT,
MS
Departneent
ofOccmpational
71herqm,,
ATiigata
Uhiversdy
ofHealth
andWe(fttre
Purpose:
W'e
investigatecl
the
relationshipsof
changes
among
muscleforces,
muscle
activities and sensorimotor corticalactivity
during
cxhaustive
task,
Subject
andMethod/
Seven
malehealthy
subjects
participated
in
this
experiment.
Subjects
perforrned
handgrip
task
with maximul votuntary contraction(100%MVC)
for
120
s and with50%
maximal contraction{50%MVC)
for
300
s.The
restperiod
wasgiven
berore
(120
s) and after(300
s)the
'Lask,
The
cerebral cortex oxy-hemoglobin concentration change(AoxyHb)
was
measureclby
Near-infrared
spectroscopy{NIRS)
from
the
beginnin.cr
ofthe
first
restperiod
to
endoi
the
second
restperiod,
ptduscle
force
and electromyogram wereaLso
measuredin
the
sameperiod,
Result:
In
both
conditions,AoxyHb
in
sensorimotor cortex exhibited sieadyincreases
in
initjal
part
ofthe
handgrip
task.
In
50%MVC
c:ondition,the
decrease
ofAoxyHb
waspreceded
by
the
decrease
in
muscLeforce
and rr]uscle activity.However,
In
100%MVC
cendition,the
decrease
ofid oxyHb was observed only at
the
end ofthe
hand
grip
task,
In
both
conditions, reduction ratesof