2021.02.08

経頭蓋直流電気刺激（tDCS）と有酸素運動の組み合わせが鎮痛効果を早める～畿央大学ニューロリハビリテーション研究センター

ヒトには、痛みの感受性を低下させる疼痛抑制メカニズムが備わっており、その働きは有酸素運動によって促進されます。この“有酸素運動による鎮痛効果”を得るためには、中等度以上の運動強度（軽いジョギングくらいの運動強度）で10～30分間が必要とされていますが、一部の患者では逆に痛みが増幅してしまうことが指摘されています。そこで、畿央大学ニューロリハビリテーション研究センター 佐藤 剛介 客員研究員、森岡 周 教授らは、非侵襲的脳刺激法の一つである経頭蓋直流電気刺激（Transcranial direct current stimulation：tDCS）を有酸素運動と併用すれば、身体の負担を最小限にした鎮痛効果が得られるのではないかと仮説を立て、それを検証しました。この研究成果は、Pain Medicine誌（The effects of transcranial direct current stimulation combined with aerobic exercise on pain thresholds and electroencephalography in healthy adults.）に掲載されています。   研究概要 慢性疼痛は、生活の質や動作能力の低下を引き起こすことが知られており、治療も難しいことから社会的な問題となっています。慢性疼痛の治療には様々な方法があり、その治療法の一つに有酸素運動があります。有酸素運動は、疼痛抑制メカニズムを作動させることにより鎮痛効果を得られる（Sato et al. J Rehabil Med, 2017）ことが知られていますが、中等度の運動強度（軽いジョギングくらいの運動強度）で10～30分間の運動を必要とし、線維筋痛症や慢性疲労を伴う症例では逆に痛みを増強させることが指摘されています。そのため、鎮痛を企図した有酸素運動の適応範囲を拡大する方法を検討していくことは、慢性疼痛の治療にとって重要であります。 近年、非侵襲的脳刺激法の一つであるtDCSが注目されています。tDCSは、頭皮の上から脳に微弱な電流で刺激することにより脳活動を修飾することができる機器であり、一次運動野にtDCSの陽極刺激を行うことで鎮痛効果を得られることが報告されています。さらに、先行研究ではtDCSを単独で使用する場合よりも、他の介入法と併用することでより高い鎮痛効果を得られることが明らかにされています。また、これまでのtDCSによる鎮痛効果を調べた研究では、運動前後での比較に限られており、鎮痛効果の経時的変化を調べた研究はありませんでした。本研究では、健常者を対象に実験的疼痛を用いて、tDCSと有酸素運動の併用による鎮痛効果の時間依存的変化を検証しました。加えて、本研究では鎮痛メカニズムを検証するために、安静時脳波活動を指標として測定しました。   本研究のポイント ■ tDCSと有酸素運動を併用することでより早期かつ大きな鎮痛効果が得られた。 ■ 安静時脳波活動は、後頭領域においてPeak alpha frequency（PAF）の高周波域へのシフトが確認された。   研究内容 健常成人10名が本研究に参加し，以下の3つの条件で運動を実施しました． ① tDCSを単独で行う条件（tDCS条件） ② 偽tDCSと有酸素運動（Aerobic exercise: AE）を併用した条件（Sham tDCS/AE条件） ③ tDCSと有酸素運動を併用した条件（tDCS/AE条件）   tDCSの電極は、陽極を左側の一次運動野、陰極を右側眼窩上部に配置して、2mAで20分間の陽極刺激を行いました。有酸素運動はウォーミングアップの後に20分間実施しました。疼痛閾値は、右側中指の爪で圧痛閾値（Pressure Pain threshold：PPT）を運動開始前と開始から5分毎、運動終了から15分経過時点で測定しました（図1）。   図１：tDCSおよび実験設定と圧痛閾値の測定   図（左）は、電極の位置とtDCS刺激装置を示した。陽極は左側一次運動野、陰極は右側眼窩上部に配置した。図（中）は運動実行中の状況を示す。運動は自転車エルゴメーター上で行い、tDCSによる刺激およびペダリング運動による有酸素運動を行った。図（右）には PPT の測定方法を示した。測定部位は右側中指の爪とし、固定具を用いて圧痛計を垂直に当て測定した。   PPTは、運動開始前と各時点での変化率を求め、PPT変化率の増加は痛みへの感受性が低下していることを示し、鎮痛効果の指標としました。安静時脳波は32チャンネルで測定し、各実験参加者のα帯域でのピークパワーを示す周波数であるPeak alpha frequency（PAF）を前頭領域、中心領域、頭頂領域、後頭領域で算出しました。PAFは、視床―大脳皮質間の神経回路の活動を反映しているとされており、高周波域へシフトしている場合は痛みを感じにくい状態を意味しています。   図2：各時点での圧痛閾値 (PPT)変化率の比較   tDCS条件：tDCSを単独で行う条件 Sham tDCS/AE条件：tDCSと有酸素運動を併用した条件 tDCS/AE条件：偽tDCSと有酸素運動（Aerobic exercise: AE）を併用した条件   図は各時点（5分、10分、15分、20分、運動終了後15分）における圧痛閾値 (PPT)変化率を示す。5-10分後のtDCS/AE条件では、tDCSおよびSham/AE条件と比較して圧痛閾値 (PPT) 変化率が有意に増加した。Sham tDCS/AEおよびtDCS/AE条件の圧痛閾値 (PPT) 変化率は、15～20分でtDCS条件と比較して有意に増加し、tDCS/AE条件はSham tDCS/AE条件よりも有意に高かった。運動終了後15分では、tDCS/AE条件の圧痛閾値 (PPT)変化率はtDCS条件よりも有意に高い状態を維持していた。   結果として、tDCS/AE条件は運動開始5分の時点から他の条件と比較してPPT変化率が有意に増加し、20分経過した時点では83.4％の増加を認めました（＊PPTが増加するほど痛みを感じにくくなったことを意味します）。つまり、tDCSを有酸素運動と併用することによって鎮痛効果が早期に認められました。さらに、tDCS/AE条件は、運動終了後15分経過時点でもtDCS条件と比較して有意に高い鎮痛効果を示しました。20分経過時点における他の条件のPPT変化率については、tDCS条件で40.7%、Sham tDCS/AE条件では51.5％となっていました。一方、Sham tDCS/AE条件においては、運動開始より15分と20分経過時点でtDCS条件より有意に高い鎮痛効果を示しました（図2）。   なお、安静時脳波活動については、Sham tDCS/AE条件とtDCS/AE条件において、後頭領域で有意なPAFの高周波域へのシフトが認められました。有酸素運動を行った両条件で有意な変化を認めたことから有酸素運動によるPAFの変化を反映したものと考えられ、tDCS併用による特異的な変化を発見するには至りませんでした。   本研究の意義および今後の展開 本研究は、tDCSと有酸素運動を併用することで、より早期かつ大きな鎮痛効果が得られることを初めて明らかにしました。これは、tDCSによる一次運動野への陽極刺激を併用することで、有酸素運動による鎮痛効果を促進できることを示唆しています。本研究の知見は、有酸素運動により疼痛が増強されてしまうような症例や体力が不十分な症例に対して、tDCSと有酸素運動の併用による介入が有用である可能性を示しています。   関連する論文 Sato G, Osumi M, Morioka S. Effects of wheelchair propulsion on neuropathic pain and resting electroencephalography after spinal cord injury. J Rehabil Med. 2017 Jan 31;49(2):136-143.   論文情報 Sato G, Osumi M, Nobusako S, Morioka S. The effects of transcranial direct current stimulation combined with aerobic exercise on pain thresholds and electroencephalography in healthy adults. Pain Medicine. 2021 in press.   問い合わせ先 畿央大学ニューロリハビリテーション研究センター 客員研究員　佐藤剛介 E-mail: gpamjl@live.jp   畿央大学ニューロリハビリテーション研究センター 畿央大学大学院健康科学研究科 教授　森岡　周 Tel: 0745-54-1601 Fax: 0745-54-1600 E-mail: s.morioka@kio.ac.jp

2021.01.27

第6回畿央大学シニア講座「なぜ腰痛を治すために運動が必要なのか、どのように運動をすればいいのか」をオンライン開催しました。

令和３（2021）年１月23日（土）、畿央大学では地域のシニア世代の方々を対象に、「健康」と「教育」について学びを深めるための「畿央大学シニア講座」を開催いたしました。 今回で6回目の開催となりますが、新型コロナウイルス感染症拡大の影響により、例年実施していた対面式での講座を実施することが困難となり、今年は初の試みとしてZoomアプリを用いて「オンライン」での開催となりました。   「なぜ腰痛を治すために運動が必要なのか、どのように運動をすればいいのか」をテーマに、畿央大学ニューロリハビリテーション研究センターの大住倫弘准教授が、運動不足になりがちなコロナ禍だからこそ正しく腰痛を理解していただくべく、オンライン参加者22名の皆さまに最新の知見を学んでいただきました。     まず、画面上で資料を見ていただきながら、「腰痛のメカニズム」や「痛み」についての講義を行いました。痛みが出たときや痛みが長引くときにどう対処することが良いのか、自身の腰痛の状態についてどのように把握すれば良いのかなど、参加者の方にもわかるよう専門の知識を丁寧にお伝えしました。     また講義だけではなく、腰痛に効果的なストレッチもレクチャーしました。参加者の皆さまが画面越しにストレッチを実践し、動画の中では大住准教授が実際にストレッチのデモンストレーションをしたり、実践のための時間を取ったりして、ただ動画を視聴していただくだけでなく実際に身体を動かす場を設けて参加者の方を退屈させないような工夫も行いました。   ▼腰痛に効果的な体操をレクチャー     すべての講義が終了した後はZoomアプリのQ＆A機能を使い、質疑応答の時間を設けました。「1日にどれくらいストレッチをしたら良いでしょうか」「寝方が悪いのですが、それも腰痛の原因でしょうか」等の多くの質問があり、その一つ一つを大住准教授が口頭で回答していきました。   講座終了後、参加者の方からは、「理論的な説明、具体的に運動の仕方を教えていただき、ありがたかった。」「痛みの原因、骨格と筋肉図での解説でわかりやすかった。」といった内容についての感想や、「大学に行かなくても有意義な講座を受講することができました。今後もオンライン講座を開催していただけると気軽に参加しやすいです。」「自宅からも気軽に参加できるので、今後もオンライン枠を残してほしい。」といった、オンライン講座に対しての好評なご感想・ご要望も数多くいただきました。   オンラインでの初開催となりましたが、このような形での情報発信、地域貢献も大変有効だということを実感することができました。引き続き、畿央大学では今後も社会情勢に寄り添いながら、様々な形で地域貢献ならびに社会貢献に取り組んでまいります。   【関連記事】 第5回畿央大学シニア講座 第4回畿央大学シニア講座 第3回畿央大学シニア講座 第2回畿央大学シニア講座 第1回畿央大学シニア講座

2021.01.08

因果関係が明らかな状況下での他者の存在による因果帰属の変化～畿央大学ニューロリハビリテーション研究センター

「責任転嫁」は行為結果の原因が曖昧な状況によって起こる社会的問題であることはよく知られています。しかしながら、因果関係が明らかな状況においても責任転嫁が生じるかどうかは不明でした。この潜在的な責任転嫁の可能性を畿央大学大学院博士後期課程の林田一輝 氏と森岡 周 教授はtemporal bindingという手法を用いて検証しました。この研究成果は、Frontiers in Psychology誌（Changes of Causal Attribution by a Co-Actor in Situations of Obvious Causality）に掲載されています。   研究概要 責任転嫁はよく知られた社会現象であり、医療現場においては人命に関わる問題を引き起こします。これまでの研究では、他者の存在によって結果の原因が曖昧になることで、責任帰属が低下していました。しかしながら、自己と他者の両方が結果の原因であることが「明白」な状況であっても、責任転嫁をもたらすかどうかは不明でした。この潜在的な責任転嫁の可能性を知覚的な因果帰属の指標であるtemporal binding（TB）という手法を用いて検証しました。TB効果が低い場合には、責任転嫁が増加していることを示します。因果帰属に及ぼす他者の存在の影響を調べるために、参加者はALONE条件（参加者のみ）またはTOGETHER条件（参加者と他者）の2つの実験条件を実施しました。これらの条件間では「行動が共有されているかどうか」という点だけが異なっており、両条件とも結果の原因が参加者であることは明白な状況でした。参加者の行為結果に対して責任感を感じさせるために、他者に大きな金銭的損失を与えるHigh harm条件と小さな金銭的損失を与えるLow harm条件、金銭的損失を与えないBaseline条件の設定をし、参加者に罪悪感を惹起させる手続きを行いました。実験の結果、他者に大きな金銭的損失を生じさせてしまう条件（High harm条件をTOGETHER条件で実施した場合）では、TB効果が低い値を示しました。つまり、自分のせいで他者に損害が生じた場面にもかかわらず、「他者の損失は自分のせいではない」という責任転嫁が生じました。本研究では、結果の原因が明らかであっても、他者と行動を共にすることによって知覚的な因果帰属が変化することが示唆されました。このことは、非人道的な状況における責任転嫁のメカニズムを理解する上で重要であると考えられます。   本研究のポイント ■ 因果関係が明らかな状況下でも他者との行為の共有は知覚的な因果帰属を変調させる可能性がある。   研究内容 画面上にクロスが1秒間表示された後、1秒ごとに数字をカウントし、数字が3を表示したら、参加者はキーを押すように指示されました。そのキー押しから少しの時間遅延があり、音が鳴りました。ここの時間遅延は、ランダムに200、500、700msが設定されましたが、参加者は1～1000msまでのランダムな時間遅延であると伝えられていました。   図１：実験タスク   参加者はどれだけの時間遅延であったかを推定し、キーボードを用いてその値を回答しました。この時間遅延が短く感じる程、行為（キー押し）と結果（音）の因果帰属が高いことを示します。音の周波数は300Hz、1000Hz、3000Hzのいずれかであり、それぞれの周波数に金銭的損失額が関連付けられていました。金銭的損失額は、損失なしのBaseline条件、1円損失のLow harm条件、200円損失のHigh harm条件の3つの条件で構成されました。ここで提示される周波数（金銭的損失額）の順序は予測不可能でした。Low harm条件またはHigh harm条件の音が鳴ったとき、参加者は時間遅延を推定した後に、実験者が実際に金額を減らす手順を確認しました。参加者は、他者が元々いくら持っていて、いくらお金が減るかについては知らされていませんでした。参加者は、ALONE条件とTOGETHER条件でそれぞれ81回の試行を行いました。10回の練習試行では、周波数と金銭的損失額の関連づけを十分に理解していることが確認されました。実際には、TOGETHER条件では実験者が使用したキーが反応せず、金銭的損失もありませんでした。これらの事実は、すべての実験終了後に参加者に知らされました。（図1）。   この実験の結果、High harm条件を他者と一緒に実施すると（High harm条件×TOGETHER条件）、推定遅延時間が有意に延長しました（図２）。この推定遅延時間が短いほど、自分がボタンを押したという責任を感じていることを表していることから、High harm条件×TOGETHER条件で推定遅延時間が延長することは、他者の損害を自分のせいではないという責任転嫁が生じていることを表しています。つまり、因果関係が明らかな状況においても責任転嫁が生じたということになります。    図２：ALONE 条件とTOGETHER条件の各金銭的損失条件の関係。推定遅延時間が小さい程、因果帰属（自分がボタンを押して音が鳴るという因果帰属）の増幅を示す。High harm条件において、ALONE条件よりもTOGETHER条件で推定遅延時間の有意な延長を認めた。***p < 0.001，**p < 0.01   本研究の意義および今後の展開 本研究は他者との行為共有が知覚的な因果帰属を変調させる可能性を示唆しました。責任転嫁のメカニズムはまだまだ不明なことが多く、本研究結果は社会的な行為結果の因果帰属変容プロセス解明の一助になることが期待されます。   関連する先行研究 Hayashida K, Nishi Y, Masuike A, Morioka S. Intentional Binding Effects in the Experience of Noticing the Regularity of a Perceptual-Motor Task. Brain Sci. 2020 Sep 22;10(9):659.   論文情報 Hayashida K, Miyawaki Yu, Nishi Y and Morioka S. Changes of Causal Attribution by a Co-Actor in Situations of Obvious Causality.  Front Psychol. 2021   問い合わせ先 畿央大学大学院健康科学研究科 博士後期課程　林田　一輝（ハヤシダ　カズキ）  E-mail: kazuki_aka_linda@yahoo.co.jp   畿央大学ニューロリハビリテーション研究センター 畿央大学大学院健康科学研究科 教授　森岡　周 Tel: 0745-54-1601 Fax: 0745-54-1600 E-mail: s.morioka@kio.ac.jp  

2021.01.07

大学院生が第18回日本神経理学療法学会学術大会で口述発表し優秀賞を受賞！～健康科学研究科

2020年11月28日（土）～29日（日）にWeb開催された第18回日本神経理学療法学会学術大会において、私、水田直道（博士後期課程）が発表してまいりました。   本学会は2,400名ほどが参加され、特別講演や教育講演、一般演題では多くの議論がなされておりました。またWCPT（世界理学療法連盟）の下部組織として、神経領域専門学会を有する国が集まったInternational Neurological Physical Therapy Association (INPA)を形成されており、INPAの理学療法の実情について国外の講演者の話を伺うことができました。アジアでINPAに参加している国が少ない中、日本がリーダーシップを取っていくという本学会の意思を認識することができ、大変共感することができました。   本学会のテーマでもある「理学療法士の意思決定 －2020年のシュプレーヒコール－」というタイトルで学術大会長講演を聴講しましたが、神経系理学療法のこれまでの歴史やこれから解決すべき課題が明示され、私自身これから神経系理学療法の発展のために取るべき行動を再確認することができました。   今回私は、「脳卒中患者における歩行の関節運動学的特徴と筋シナジーパターン」という演題で発表を行い、一般演題発表の中で優秀賞に選ばれました。発表では、脳卒中患者における歩行中の筋シナジーパターンの障害特性（サブタイプ分類）と関節運動学的特徴の関係性について調査した結果を報告しました。多くの演題の中から優秀賞に選んでいただけたことは、日々の取り組みを認めてもらえたことだと大変嬉しく思います。今後も歩行のリハビリテーションの発展に繋がるような研究を続けていけるよう、日々精進していきたいと思います。 また、博士後期課程に在籍している高村優作氏も所属先（国立障害者リハビリテーションセンター研究所）の演題にて、奨励賞を受賞しました。     本研究の実施・発表にあたり、指導教員である 森岡　周 教授をはじめとする多くの方々にご指導およびご支援いただきました。この場を借りて深く感謝申し上げます。   ～発表演題～ 『脳卒中患者における歩行の関節運動学的特徴と筋シナジーパターン』 水田直道、蓮井成仁、西祐樹、比嘉康敬、中谷知生、田口潤智、森岡周   畿央大学大学院　健康科学研究科　博士後期課程3年　水田直道