感覚運動の空間的不一致による異常知覚と運動制御に関わる神経活動～畿央大学ニューロリハビリテーション研究センター

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2019.01.10

感覚運動の空間的不一致による異常知覚と運動制御に関わる神経活動～畿央大学ニューロリハビリテーション研究センター

脳卒中や慢性疼痛患者における身体性変容の要因の１つとして、感覚情報の予測と実際に入力される感覚情報との間の不一致（感覚運動の時間的および空間的不一致）が考えられています。健常者においても、感覚運動の“時間的”不一致を生じさせると、四肢の重さの知覚変容、しびれ、奇妙さや嫌悪感の惹起に加えて、運動の正確性も低下することが明らかにされています（Katayama and Morioka et al 2018）。しかしながら、感覚運動の“空間的”不一致による異常知覚と運動制御に関わる神経活動は明らかになっていませんでした。

畿央大学大学院博士後期課程の片山脩氏と森岡周教授らは、健常者を対象に感覚運動の空間的不一致課題を実施し、感覚運動の空間的不一致による異常知覚と運動制御異常には、前補足運動野および帯状皮質運動野におけるベータ波帯域の神経活動性の低下が関わっていることを脳波の三次元画像解析（eLORETA）を用いて明らかにしました。この知見は、脳卒中や慢性疼痛患者の病態解明に貢献し、新たなニューロリハビリテーション技術開発に向けた基礎的知見になるものと期待されます。この研究成果は、Neuroscience Letters誌（Neural activities behind the influence of sensorimotor incongruence on dysesthesia and motor control）に掲載されています。

研究概要

脳卒中、慢性疼痛患者では患肢に対する知覚変容や運動制御の低下が生じます。この要因の１つとして、運動指令に基づいて脳内で生成される感覚情報の予測と、運動により実際に入力される感覚情報との間に生じる不一致（感覚運動の時間的および空間的不一致）が考えられています。実験的に感覚運動の時間的不一致を生じさせると、健常人であっても知覚変容や運動の正確性が低下することが明らかにされていました（Katayama and Morioka et al 2018）。しかしながら、感覚運動の空間的不一致による異常知覚と運動制御に関わる神経活動は明らかになっていませんでした。今回、健常者を対象に実験的に感覚運動の空間的不一致を生じさせ、異常知覚と運動制御に関わる神経活動を検討しました。その結果、感覚運動の空間的不一致により様々な異常知覚が惹起され、その中で奇妙さが有意に強く惹起されました。さらに、運動制御においては運動の正確性が低下することを確認しました。これらの異常知覚と運動制御には、前補足運動野と帯状皮質運動野のベータ波帯域の神経活動性の低下が関わっていることを脳波の三次元画像解析により明らかにしました。

本研究のポイント

■ 感覚運動の空間的不一致により、奇妙さをはじめとした異常知覚が惹起される。

■ 感覚運動の空間的不一致により、運動の正確性が低下する。

■ 異常知覚と運動制御に前補足運動野と帯状皮質運動野のベータ波帯域の神経活動性の低下が関わる。

研究内容

健常成人を対象に、片面がホワイトボードでもう片面が鏡となったボードを両上肢の間に設置し両手関節の掌背屈運動を実施させます（図１）。一側の手関節を背屈した際にもう一側を掌屈させる条件（図１D）では、鏡の後ろに隠された手関節の運動方向と、鏡に映る鏡像の運動方向が空間的に不一致した状態となります。この条件設定によって、ヒトの感覚運動ループを実験的に錯乱させることができ、“患肢の知覚変容”という状況を設定することができます。

図１：実験の条件設定

実際の実験では、A：ホワイトボード一致条件、B：ホワイトボード不一致条件、C：鏡一致条件、D：鏡不一致条件（感覚運動の空間的不一致条件）の4条件で手関節の反復運動を被験者に実施してもらいました。運動中の手関節の運動を電子角度計で計測し、身体に対する異常知覚についてアンケートで定性的に評価しました。

実験の結果、感覚運動の空間的不一致条件で、奇妙さが他の条件と比較して強く惹起され、多数の異常知覚が惹起されました（図２）。さらに、手関節における運動の正確性の低下が確認されました。

図２：惹起した異常知覚とその数の比較および運動の正確性の比較

脳波活動は、感覚運動の空間的不一致条件では、前補足運動野と帯状皮質運動野のベータ波帯域の神経活動性の低下を認めました（図3）。

図３：感覚運動の空間的不一致条件の神経活動領域

本研究の臨床的意義および今後の展開

本研究成果は、脳卒中や慢性疼痛患者の異常知覚や運動制御の低下に前補足運動野と帯状皮質運動野の神経活動性が関わっていることを示唆するものです。そのため、理学療法や作業療法の際には、感覚運動の空間的不一致を最小限にしながら臨床介入を進めることの重要性を提唱する基礎研究となります。今後は、実際に患肢の知覚変容や運動制御の低下が生じている症例を対象に神経活動性の検証をしていく予定です。