観察対象への視覚的注意の向け方の違いにより脊髄前角細胞の興奮性は変化する

原著臨床神経生理学 49（3）：119―123，2021. 119. 観察対象への視覚的注意の向け方の違いにより脊髄前角細胞の興奮性は変化する. 髙崎浩壽1）末廣健児2）石濱崇史1）鈴木俊明3）. 要旨誘発筋電図の F波を用いて，健常者を対象に観察課題の相違による脊髄前角細胞の興奮性変化について検討した。F波は，右小指外転筋より導出した。測定の流れは，閉眼にて安静時の F波を 1分間測定し，4分間の休息後，パソコン画面の映像を見せながら再度 F波を 1分間測定した。課題は，右小指の運動映像（課題 A），右小指・環指・中指・示指の運動映像（課題 B），課題 Bにおいて小指以外の手全体を軽くぼかした運動映像（課題 C）とした。安静時を 1とした観察時の振幅 F/M比相対値を算出し課題間で比較すると，課題 Bと比べて課題 A・課題 Cで有意に高い値を認めた。この結果から，課題 A・課題 Cでは，当該筋が作用する小指の運動に視覚的注意が向けられていたことにより，対応する脊髄前角細胞の興奮性は増大した可能性が示唆された。. 目的運動観察とは，他者が実際におこなう運動を直接的，ないしは映像を介して観察する行為であり，腹側運動前野，下頭頂葉，上側頭溝，一次運動野が賦活されることは既に知られている1,2）。さらに，運動機能の改善に貢献するとの報告3,4）もなされているため，リハビリテーションの臨床現場で活用頻度が増加している。特徴として，視覚情報処理のみを要するが故，簡易的でかつ身体的負荷は少ないことが長所であり，今後は高齢者や全身の耐久性低下を呈する患者に対して優先されるひとつの運動療法として認知されていくことが予想される。その一方で，観察課題として提示する運動の方向や速さ，時間等の要素，さらに観察対象への視覚的注意の向け方に関する具体的な方法論については議論が不十分なため，汎用性は依然として低いと考える。そこで，今回は提示された運動に対する視. 覚的注意の向け方について焦点をあてる。視覚的注意とは，視覚系より入力された膨大な情報から行動に必要となる情報を選択し，優先的に処理する情報選択機構であり5），能動的あるいは受動的に生じる高次な脳活動とされている。運動観察においては，視覚的注意は特定の運動情報を選択的に捉える際に必要な機能であり，近年の経頭蓋磁気刺激（Trans- cranial Magnetic Stimulation：以下，TMS）を用いた研究から，運動野の賦活を図る上で重要な要素になることが明らかにされている6,7）。しかし，リハビリテーションでは運動パフォーマンスの向上が求められるため，運動観察の臨床応用を推進する上で上位中枢に関する知見のみでは不十分であり，最終的な運動制御の役割を担う脊髄前角細胞に対する影響についての理解も不可欠となる。著者らは，これまで運動観察における視覚的注意と脊髄前角細胞との関係性について検討してきた8）。健常者において，右手の小指，環指，中指，示指，母指各々の屈曲運動を観察させながら，右小指外転筋より F波を測定した結果，小指，環指，母指において脊髄. 1）医療法人社団石鎚会リハビリテーション部 2）医療法人社団石鎚会法人本部 3）関西医療大学大学院保健医療学研究科受付日：2020年 8月 30日採択日：2021年 2月 7日. 臨床神経生理学 49巻 3号120. 前角細胞の興奮性増大を認めた。この要因として，小指，環指，母指の運動は小指外転筋に筋活動が生じる課題であり，当該部位へ視覚的注意が向けられその筋活動を認識したことが誘因となり，上位中枢から下行性線維を介して影響を及ぼした可能性が考えられた。しかしながら，先行研究8）では一指単独による運動を観察課題としたため，複数の手指が同時に動くような課題を観察させた際の結果については不明確である。そこで，本研究では小指単独の運動と小指を含む複数の手指による運動を各々観察させながら，小指外転筋より F波を導出し検討することとした。. 方法 1．対象対象は，整形外科学的，神経外科学的に問題のない右利きの健常成人 18名（男性 11名，女性 7名，平均年齢 25.7±1.9歳）であり，右上肢を検査側とした。. 2．方法検査肢位は先行研究9）に準じて，安楽な座位にて，右上肢は右肩関節外転 45°位，右肩関節外旋 30°位，右肘関節屈曲 45°位，右前腕回外 90°位で対象者の右側方へ設置した台上とし，対象者の目線の 70 cm先にはパソコンを配置した。パソコン画面で提示する映像は，本研究の 18名の対象者以外の研究協力者（健常成人男性 1名）の右手を使用し，掌側面から撮影された手指の運動とした。課題は，小指による屈曲・伸展運動映像（課題 A），小指・環指・中指・示指による屈曲・伸展運動映像（課題 B），課題 Bにおいて小指以外の手指全体を軽くぼかした運動映像（課題 C）とし. た（図 1）。また，課題 Aは小指を除く手指に動きが生じない映像とし，課題 Cは映像上で環指・中指・示指の動きを視覚的に認識できる程度にぼかしを施した。プロトコールは，閉眼安静にて 1分間 F波を測定し，4分間の休息後に各課題の映像をそれぞれ観察させながら再度 F波測定を実施した。全課題で一様に「パソコン画面の映像を集中して見て下さい」と映像提示前に口頭指示を与え，他に観察条件は設けなかった。課題間の影響に配慮するため，各課題は別日にランダムな順序で実施した。. F波は，誘発筋電計ニューロパック（日本光電社製）を使用して記録した。刺激条件は，刺激頻度を 0.5 Hz，刺激強度をM波最大振幅が得られる強度の 1.2倍，刺激持続時間を 0.2 ms，刺激回数を 30回に設定した。記録条件は，探索電極を右小指外転筋の筋腹上，基準電極を右第 5中手骨頭背側，接地電極を右前腕中央部に設置し，右手関節部の尺骨神経を刺激し小指外転筋より F波を導出した。また，振幅感度は 200 𝜇V/D，掃引速度は 5 ms/D，フィルター周波数帯域は 20 Hz～ 3 kHz，電気刺激については 3課題とも伸展位から屈曲運動が始まった直後を開始条件と規定した。F波分析項目は，Eisenらの報告10）を基に 30 𝜇V以上の振幅を認める波形を F波として捉え，振幅 F/M比を用いて脊髄前角細胞の興奮性を評価した。算出方法は，木村ら11）の報告を参考に，F波が出現していない波形を F波振幅値 0として F波平均振幅値を求めた上で，最大M波振幅値で除すこととした。なお脊髄前角細胞の興奮性に関しては，検査環境や時間帯12），カフェイン摂取11,13），随意運動11,13～15），運動イメージ13～16）の影. 図 1 パソコン画面に提示する映像右小指の屈曲・伸展運動映像（課題 A），右小指・環指・中指・示指の屈曲・伸展運動映像（課題 B），課題 Bにおいて小指以外の手全体に軽くぼかしを加えた運動映像（課題 C）の 3課題とした。. Fig. 1 Video presented on the PC screen. The video portrayed three conditions: movement of the little finger （task A）; simultaneous movements of little finger, ring finger, middle finger and index finger （task B）; and movement same as B but blurring the hand except the little finger （task C）.. 1212021.. 響を受けやすいとされていることから，検査条件を一定にする配慮も行った。具体的には，実験環境は室温 25度の個室，検査時刻は 17時から 18時の間，検査開始前はカフェインを摂取せずに 20分間の安静をとることとした。さらに，検査時は極力安静を維持し（特に被検筋には収縮を生じさせないこと），運動イメージを行わないように規定した。. 3．統計学的解析統計学的処理は，Kolomogrov-Smirnov検定と Shap-. iro-Wilk検定により，各課題の振幅 F/M比のデータにおいて一部正規性が棄却されたため，ノンパラメトリック検定を採用した。3課題間で安静時に差がないことを確認するために Friedman検定と，各課題において安静時と観察時を比較するためにWilcoxonの符号付順位検定を各々実施した。続いて，観察時の振幅 F/M比を 3課題間で比較するため，各課題で安静時を 1とした観察時の相対値を求めた。その後，算出された振幅 F/M比相対値に対する正規性の検定により一部正規性が棄却されたため，3課題の振幅 F/M比相対値に対して Friedman検定を行い，有意差が認められた場合に事後検定として Steel-Dwass法による多重比較を実施した。有意水準はいずれも 5％とした。. 4．倫理的配慮，説明と同意対象者には，ヘルシンキ宣言及び個人情報保護法に鑑み，本研究の趣旨や内容等を十分に説明し，同意を得た上で測定を実施した。また本研究は，医療法人社団石鎚会田辺中央病院倫理委員会の承認を得ている。. 結果振幅 F/M比については，3課題間の安静時で有意差を認めず，各課題での比較においては，課題 Aと課題 Cは安静時と比べ観察時で増加し（p＜0.01），課題 Bでは変化を示さなかった（図 2）。各課題で算出された振幅 F/M比の平均値については，表で示した通りである（表 1）。観察時の振幅 F/M比相対値を用いた. 3課題間の比較では，課題 Aが 1.67±0.47，課題 Bが 1.14±0.42，課題 Cが 1.54±0.62であり，課題 Bと比較して課題 Aで高値を示し（p＜0.01），課題 Bと比較して課題 Cでも高値を示した（p＜0.05）。また，課題 Aと課題 Cは課題間で有意差を認めなかった（図 3）。. 考察著者らの先行研究8）では，被検筋に筋活動が生じる. 手指の運動を観察課題とした際に，対応する脊髄前角細胞の興奮性が増大し，当該筋に筋活動を認めない課題では脊髄に対して影響は及ぼさないことが示唆された。つまり，当該筋における筋活動の有無が脊髄前角細胞の興奮性変化を決定する重要な要因になると考えていた。本研究においても，小指外転筋より F波を導出しており，課題 Aでは先行研究8）と同様に脊髄前角細胞の興奮性が増大する結果が得られた。しかし，課題 Bでは小指外転筋が作用する小指の運動を含む課. 図 2 各課題における振幅 F/M比振幅 F/M比は，課題 Aと課題 Cにおいて安静時と比べ観察時で増大を認めた（＊＊：p＜0.01）。. Fig. 2 The F/M amplitude ratio. The F/M amplitude ratio increased significantly during observation compared with when the subject was at rest during tasks A and C （＊＊: p＜0.01）．. 表 1 振幅 F/M比の平均値 Table 1 The mean of F/M amplitude ratio. 課題 A 課題 B 課題 C 安静時観察時安静時観察時安静時観察時. 振幅 F/M比（％） 0.47±0.33 0.71±0.45 0.57±0.42 0.57±0.38 0.48±0.30 0.60±0.32. 臨床神経生理学 49巻 3号122. 題を提示したにも関わらず，振幅 F/M比は安静時と比較して変化を認めなかった。一方で，課題 Cは課題 Bと同様の運動課題に設定していたが，振幅 F/M比は安静時と比較して有意に増大し，振幅 F/M比相対値においても課題 Bより有意に高値を示した。このような結果の背景には，課題間で映像に対する視覚的注意の向け方の違いが影響していると推察する。運動観察における先行研究では，運動部位へ視覚的注意を促すことで，大脳皮質の運動関連領域の賦活6,7,17,18）や脊髄前角細胞の興奮性増大8,19）を示す報告がなされている。そこで，本研究においても小指の動きに対する対象者の視覚的注意の関与が重要になると考えられる。課題 Bは小指を含む 4指の複合的な運動であることから，課題 Aに比べ相対的に視覚的情報量は多く，小指の動きへ視覚的注意は集中し難い映像であった可能性がある。しかし，課題 Cは映像上で小指を除く手指全体にぼかしの修正を加えていたことで，課題 Bより環指・中指・示指の運動に関する視覚的情報は減少したと推定される。そのため，動きが鮮明に表示される小指へ視覚的注意が惹きつけられ，脊髄前角細胞の興奮性は増大したのではないかと考える。つまり，対象者の視覚的注意は修正された映像によって操作されていたと捉えることができるため，複数手指による課題においても，目的とする対象へ視覚的注意が向くよう. な工夫により脊髄前角細胞の興奮性に対して影響を与える可能性は十分にあると認識する。リハビリテーション分野で運動観察を運動療法のひとつとして応用していくにあたり，本研究の結果は有意義になると期待する。ただし，本研究では対象者の視覚的注意に対する定量的な評価がなされていないため，あくまで推測の範疇に留まる要素を含んでいる。例えば課題 Bで考えると，対象者によって中指・示指の屈曲運動へ視覚的注意が向けられていたことで，屈曲に作用する筋を支配する運動ニューロンの興奮性が高まり，それにより他指の動きを制御するため小指を支配する脊髄前角細胞の興奮性は高まらなかった可能性も否定できない。したがって，本研究の手法の限界として，厳密に運動観察における視覚的注意と脊髄前角細胞の興奮性変化との関連性について言及することは困難であることも認識している。今後は，視覚的注意と密接な関係性を有するとされる視線の位置を客観的に評価できる視線計測装置を併用することで，運動観察における視覚的注意の重要性をさらに明白にしていきたいと考える。. 利益相反本研究において，開示すべき利益相反はない。. 文献 1） Ertelt D, Small S, Solodkin A, et al: Action observation has. a positive impact on rehabilitation of motor deficits after stroke. Neuroimage 36: 164-173, 2007.. 2） Fadiga L, Craighero L, Olivier E: Human motor cortex excitability during the perception of others’ action. Curr Opin Neurobiol 15: 213-218, 2005.. 3） Bellelli G, Buccino G, Bernardini B, et al: Action observation treatment improves recovery of postsurgical orthope- dic patients: evidence for a top-down effect? Arch Phys Med Rehabil 91: 1489-1494, 2010.. 4） Fu J, Zeng M, Shen F, et al: Effects of action observation therapy on upper extremity function, daily activities and motion evoked potential in cerebral infarction patients. Medicine (Baltimore) 96: e8080, 2017.. 5）有賀敦紀，渡邊克巳：視覚的注意と時間的限界．心理学評論 51: 275-286, 2008.. 6） Wright DJ, McCormick SA, Williams J, et al: Viewing instructions accompanying action observation modulate corticospinal excitability. Frontiers in Human Neuroscience 10: 17, 2016.. 図 3 振幅 F/M比相対値課題 Bと比較して課題 A・課題 Cで振幅 F/M比相対値が有意に高い値を認めた（＊＊：p＜0.01，＊：p＜0.05）。. Fig. 3 The relative F/M amplitude ratio. The relative F/M amplitude ratio was significantly higher in tasks A and C than in task B （＊＊: p＜0.01, ＊: p＜0.05）．. 1232021.. 7） D’Innocezo G, Gonzalez CC, Nowicky AV, et al: Motor resonance during action observation is gaze-contingent: A TMS study. Neuropsychologia 103: 77-86, 2017.. 8）髙崎浩壽：手指における観察課題の違いが脊髄神経機能の興奮性へ与える影響の相違について―小指外転筋を用いた検討―．関西医療大学大学院修士論文集 2017: 69-93, 2017.. 9）髙崎浩壽，末廣健児，石濱崇史ら：運動観察の対象の相違は脊髄神経機能の興奮性に影響を及ぼす．臨床神経生理学 45: 499-505, 2017.. 10） Eisen A, Odusote K: Amplitude of the F wave: a potential means of documenting spasticity. Neurology 29: 1306-1309, 1979.. 11）木村淳，幸原伸夫：神経伝導検査と筋電図を学ぶ人のために．第 2版，医学書院，東京，pp 90-107, 2010.. 12）木村淳：F波とはなにか？臨床神経生理学 46: 166-167, 2018.. 13）木村淳：新神経・筋疾患の電気診断学．西村書店，新潟， pp 90-107, 2019.. 14） Taniguchi S, Kimura J, Yamada T, et al: Effect of motion. imagery to counter rest-induced suppression of F-wave as a measure of anterior horn cell excitability. Clinical Neuro- physiology 119: 1346-1352, 2008.. 15） Hara M, Kimura J, Walker DD, et al: Effect of motor imagery and voluntary muscle contraction on the F-wave. Mus- cle Nerve 42: 208-212, 2010.. 16） Rossini PM, Rossi S, Pasqualetti P, et al: Corticospinal excitability modulation to hand muscles during movement imagery. Cereb Cortex 9: 161-167, 1999.. 17） Suhuch S, Bayliss AP, Klein C, et al: Attention modulates motor system activation during action observation: evidence for inhibitory rebound. Exp Brain Res 205: 235-249, 2010.. 18） Woodruff CC, Klein S: Attentional distraction, 𝜇-suppression and empathic perspective-taking. Exp Brain Res 229: 507-515, 2013.. 19） Puglisi G, Leonetti A, Landau A, et al: The role of attention in human motor resonance. PLOS ONE 12: e0177457, 2017.. Directing visual attention affects the excitability of the anterior horn cells of the spinal cord. HIROKAZU TAKASAKI1）, KENJI SUEHIRO2）, TAKASHI ISHIHAMA1）, TOSHIAKI SUZUKI3）. 1）Department of Rehabilitaion, Medical Corporated Group Sekitetsukai 2）Sekitetsukai Medical Corporation Association 3） Graduate School of Health Sciences, Graduate School of Kansai University of Health Sciences. This study aimed to investigate the change in the excitability of anterior horn cells of the spinal cord by evaluating the differences between the F waves using various observation targets for healthy subjects. The F wave was elicited from the right abductor digiti minimi （ADM）. In the protocol, the F wave was first recorded at rest, and then recorded for one minute while the subject watched a video after a four-minute rest period. The video was showed three tasks of the right hand: a video showing movement of the little finger （task A）; a video showing movements of little finger, ring finger, middle finger and index. finger simultaneously （task B）; and a video same as B but blurring the hand except the little finger （task C）. The F/M amplitude ratio was investigated for the three tasks. As results the relative F/M amplitude ratio was significantly higher in tasks A and C than in task B. These results suggest that the excitability of the anterior horn cells innervating ADM was increased by visual attention directed to the movement of the little finger.. Key Words：movement observation, visual attention, F wave, excitability of the anterior horn cells of the spinal cord