運動イメージが中枢神経機能と脊髄神経機能興奮性変化に与える影響に関する文献的研究 文献研究 運動イメージが中枢神経機能と脊髄神経機能興奮性変化に 与える影響に関する文献的研究 文野 住文１） 鈴木 俊明２） １）関西医療大学大学院 保健医療学研究科 ２）関西医療大学保健医療学部 臨床理学療法学教室 要 旨 近年、リハビリテーションにおける運動イメージの有効性が注目されている。運動イメージにより、運動実行時と同様 に神経機構を賦活することができるとされている。運動イメージが中枢神経機能の興奮性を増大させるという報告は数多 くされているものの、脊髄神経機能の興奮性に与える影響においては、一定の結果が得られていない。本論文では、運動 イメージが中枢神経機能、脊髄神経機能の興奮性に与える影響について諸家らの文献を読み、考察を行った。 キーワード：運動イメージ、F 波、中枢神経機能、脊髄神経機能 Ⅰ．緒 言 Ⅱ．運動イメージとは 近年、リハビリテーションにおける運動イメージの有 運動イメージは、当人の過去の身体運動に関する体験 効性が注目されている。運動イメージを想起することに から蓄積されてきた記憶像や、それにより形成されたも より、実際の運動実行と同様の神経機構を賦活すること ろもろの心像群をもとに分解合成され、現時点において ができ、実際の運動と類似の学習効果があるとされ、こ 意図に最もよく合致するものとして作成されたものであ の結果を支持する報告も少なくない１, ２, ３）。これより る。一定の運動に習熟する過程で意識の中で観念的に形 運動イメージは、随意運動が困難な患者に対して身体的 成された運動イメージは、実際の動作において具現化 な負荷を増加することなく、中枢レベルでの運動を反復 し、さらにその体験をもとに新たな運動イメージが形成 できる有効な治療手段の一つとして考えられ、医学的問 される。このように技能の進歩と運動イメージとは密接 題で身体活動が制限されている時や運動実施が禁忌な場 な関係にあり、相互に作用しながら学習が行われてい 合においても、運動イメージにより運動機能の改善を図 く。 ることができると考えられる。 運動イメージは、そのイメージの主体が自己か他者か 本論文では、運動イメージが中枢神経機能と脊髄神経 により分類できる。前者は、自分自身が運動を行ってい 機能の興奮性にどのような変化をもたらすかを検討する ることをイメージする一人称的な筋感覚的イメージであ ため、諸家の論文を読みまとめた。まず運動イメージに る。後者は、他者が運動していることをイメージする三 ついて述べ、次に運動イメージが中枢神経機能興奮性に 人称的な視覚イメージである。またイメージの要素とし 与える影響、脊髄神経機能興奮性に与える影響について て、空間的（方向、振幅）、時間的（同時性、連続性）、 諸家らの論文を紹介するとともに各々について考察を 力的（筋の緊張度）といった分類がある。さらに運動イ 行った。 メージの質として、明瞭性と統御可能性（イメージの変 換、操作）が考えられている。本論文では、一人称イ メージについて取り上げることとする。 97 関西医療大学紀要 , Vol. 6, 2012 Ⅲ．運動イメージが中枢神経機能に与える影響 報告は多数されているが、楔前部の活動を認めた報告は 少ない。イメージ課題が指運動とは異なり、ハードル動 運動イメージが中枢神経機能に与える影響に関する論 作という全身運動であるため、運動方向など求められる 文を以下に読みまとめた。まず中枢神経機能興奮性変化 空間情報は大きくなると考えられる。さらに楔前部の活 の検討方法について紹介し、各々における運動イメージ 動が補足運動野の活動に先行してみられた被検者がいた 効果について述べる。 ことから、楔前部は運動イメージ開始の前段階における 運動イメージが中枢神経機能に与える効果を計測す 運動方向や目標到達点の設定に関与することが推察され るために、陽電子放射画像撮影法（Positron Emission た。 Tomography：PET）や機能的核磁気共鳴画像撮影法 西村ら７）は、指先タッピング運動における実際動作 （functional Magnetic Resonance Imaging：fMRI）が 中とイメージ中の脳神経活動を測定、比較した。対象は 用いられている。特に脳のどの部位が活動しているかと 右利き健常成人とし、運動は単純タッピング（母指と他 う点においては、空間分解能に優れている fMRI を用い 4 指を同時に打ち合わせる）、複雑タッピング（母指と て、系列運動を行った際の脳血流量を測定することで脳 他４指それぞれとを、一定の順序で打ち合わせる）２種 の運動領域の賦活を明らかにする研究が多く行われてい 類を選択した。結果、単純タッピングの実際運動時は、 る。 主に対側運動野、同側小脳が活動し、複雑タッピングの まず fMRI を用いた研究として、Roland ら４）は局所 場合にはさらに対側運動前野、補足運動野などの活動が 脳 血 流 量（regional Cerebral Blood Flow：rCBF） に 加わった。運動イメージ想起時には全体として神経活動 より検討を行った。彼らは、母指と残りの４指との順序 領域が少なく、運動野の活動がみられなかった。運動イ だった対立系列運動のイメージの想起時に、手と反対側 メージは、運動プログラミングに関与することが示唆さ の補足運動野と運動前野が賦活することを報告してい れた。 る。 PET を用いた研究として、Stephan ら８） は、ジョイ 松田ら ５） は、非利き手による箸操作の運動時、イ スティックを用いて運動の準備過程と運動イメージ、実 メージ時、模倣時の脳活動を比較した。対象を右利き健 際の運動時の脳活動を計測した結果、運動準備に比較し 常成人とし、左箸操作運動課題、左箸操作イメージ課 た時、運動イメージと実際の運動時において、補足運 題、左箸操作の映像をみながらの箸操作運動課題（模倣 動野、運動前野、体性感覚連合野、ブロードマン第 44・ 課題）の３種類について、その間の脳神経活動を計測し 45 野が両側性に賦活した。fMRI や PET の他に近年、非 た。結果、運動課題では両側感覚運動野、補足運動野、 侵襲性で身体的拘束が少なく、優れた時間分解能を示す 小脳、下頭頂小葉、基底核、右ブロードマン第 44 野が 利点から近赤外分光法（Near Infrared Spectroscopy： 賦活した。イメージ課題では、運動課題と比べ左感覚運 NIRS）が広く用いられている。 動野、小脳の賦活が消失していた。模倣課題では、両側 大杉ら９）は、運動イメージ教示の違いによる脳血流 感覚運動野、補足運動野、上下頭頂小葉、ブロードマン 動態を測定した。対象は右利き健常成人で、左肘関節 第 44 野が賦活した。運動イメージ課題と模倣課題には 屈伸運動を基本課題として、４種類のイメージ（条件 A 運動課題時に賦活する領域を両課題ともに補う傾向に ～ D）と自動運動（条件 E）を行った時の脳血流変化を あった。これより、治療において運動実行のみではなく 測定した。脳血流動態の測定として、局所脳血流と関連 画像を提示したり、イメージを繰り合わせた方法が有用 が強いといわれる oxy-Hb を用いて解析を行った。条件 であることが示唆された。 は、A：単純イメージ、B：力のイメージ、C：速さの 小木曽ら６）は、全身運動イメージ中の脳神経活動を イメージ、D：観察イメージの４つの運動イメージ条件 計測した。課題として、運動イメージとコントロールの の教示と、E：自動的な肘関節屈伸運動とした。結果、 ２条件を設定した。具体的には運動イメージ条件では、 イメージ課題において、条件 A よりも条件 B、C で oxy- 聴覚刺激毎にハードル動作のイメージを１回、実際の運 Hb 値が高値を示し、特に右運動野領域全体よりも右運 動感覚を持って遂行した。コントロール条件では、聴覚 動前野領域で高値を示した。これより運動イメージをリ 刺激を聴取するのみとした。結果、コントロールと比較 ハビリテーションに応用する際には、具体的なイメージ して運動イメージ中において、左楔前部、両側補足運動 の教示を与えた方が脳活動を促すことが示唆された。 野、両側運動前野、左下頭頂小葉、左下前頭回に有意な 随意運動時の大脳レベルの神経機構において、一次運 賦活を認めた。運動イメージ時に補足運動野が活動する 動野、運動前野、補足運動野が主に関連し、また前頭前 98 運動イメージが中枢神経機能と脊髄神経機能興奮性変化に与える影響に関する文献的研究 野や頭頂連合野、大脳辺縁系、大脳基底核、小脳が運動 させた。次にピンチメータのセンサーを軽く把持した状 に関連するといわれている。それぞれの役割について 態と把持しない状態共に F 波は増加傾向を認め、その傾 は、一次運動野は脳からの運動出力の中心的役割をなし 向はセンサーを軽く把持した状態でより顕著であった。 ている。運動前野は運動の予期的活動に働く。予期的活 これより運動イメージは脊髄神経機能の興奮性を増加さ 動とは、運動を開始する前の数秒間にみられ、その運動 せ、さらに運動イメージの際には実際の運動に近い肢位 方向を反映する活動である。これは運動遂行に先行する で実施することが重要であることが示唆された。 過程として、運動の企画や準備に関与すると考えられて 運動イメージは脊髄神経機能の興奮性を増加させると いる。補足運動野は、運動のコントロールに重要であ いう報告に対し Kasai ら 12）は、安静時と手関節屈曲イ り、運動の企画と決定、運動準備に重要な役割を果たす メージ中の H 反射を右橈側手根屈筋より導出した。結 といわれている。 果、安静時とイメージ間の H 反射振幅に有意な変化は 大脳基底核は、随意運動に際して運動の動機付けや意 みられなかったと報告している。 志といった内部刺激として働くことで運動計画に関与す Liepert ら 13） は、安静時と右足関節背屈イメージ中 る。大脳辺縁系は運動意図に、小脳は運動計画、運動実 の F 波を右前脛骨筋より導出したところ、安静時とイ 行に関与するといわれている。さらに小脳は運動制御に メージ間の F 波に有意な変化はみられなかったと報告し 重要な役割を示しており、フィードバック制御とフィー ている。 ドフォワード制御の調整を行う中枢である。フィード また上記の２つの結果とは異なり、大石ら 14） はス バック制御は閉ループ制御ともいわれ、ゆっくりした運 ピードスケート選手に実際の競技をイメージさせ、右ヒ 動でみられる制御である。フィードフォワード制御は開 ラメ筋より H 反射を導出した。H 反射に有意な低下を認 ループ制御ともいわれ、前もって外乱入力の効果を計算 めるもの、変化を認めないもの、有意な増加を認めるも し、これを打ち消すような信号を入力する。早い運動で のと、運動イメージによる脊髄神経機能の興奮性変化に はこの制御をとっており、運動前に結果まで予測された は個人差があると報告している。 運動プログラムがたてられている。変化に富む外的環境 さ ら に Hale ら 15） は、40%、60%、80%、100% と ４ つ に適応するために、小脳はこの２つの制御機能を上手く の強度において右足関節背屈をイメージさせ、右ヒラメ 調整している。 筋より H 反射を導出した。はじめ H 反射振幅に変化を 運動イメージ時にも上記部位の賦活がみられたという 認めなかったが、イメージ試行回数を重ねるにつれて H 報告は多数みられ、ほぼ一定の結果であることから、運 反射振幅に有意な増加を認めたと報告している。これよ 動イメージは随意運動時と同様に中枢神経機能の興奮性 り脊髄神経機能の興奮性は、イメージする運動強度に関 を賦活させることがわかる。 係なく、練習により増加することが示唆された。 Ⅳ．運動イメージが脊髄神経機能に与える影響 Ⅴ．イメージする収縮強度の違いによる脊髄神 経機能興奮性変化 運動イメージが脊髄神経機能に与える影響に関する論 文を以下に読みまとめた。 最後に著者ら 16）の研究を紹介する。 運動イメージが脊髄神経機能の興奮性に与える影響に 先述した鈴木ら 11）の研究では、最大努力の 50% 収縮 関しては様々な報告がある。 強度の運動イメージにおいて、運動イメージの際には実 谷口ら 10）は、３時間の意図的安静と共に左母指外転 際の運動に近い肢位で実施することが重要であることが 筋運動イメージを行い、左母指外転筋より得られる F 波 示唆された。ここで著者らは、イメージする収縮強度を を用いて検討した。意図的安静だけであれば、F 波振幅、 変えた時の脊髄神経機能興奮性変化を検討するために、 出現頻度は低下するが、安静と共に運動イメージを行う 左側母指と示指により最大努力の 10%、50% のピンチ力 と、F 波振幅、出現率は安静前のレベルを維持していた。 での対立運動をイメージさせた時の F 波を、左側正中神 これより運動イメージは、脊髄神経機能の興奮性を維 経刺激によって左母指球筋より測定した。結果、10%、 持・増加させることが示唆された。 50% 個々の条件においての運動イメージの効果検討で 鈴木ら 11）はピンチメータを用いて、左側母指と示指 は、F 波出現頻度は、10% 運動イメージ試行、50% 運動 の対立運動でセンサーを１分間最大努力で把持できるピ イメージ試行共に安静試行と比較して有意な増加を認め ンチ力を測定し、その 50% のピンチ力で対立運動を練習 た。振幅 F/M 比は、10% 運動イメージ試行、50% 運動 99 関西医療大学紀要 , Vol. 6, 2012 イメージ試行共に安静試行と比較して有意な増加を認め た。 また運動イメージ直後、F 波出現頻度、振幅 F/M 比 は、10%・50% 条件共に安静試行とほぼ同じレベルに戻 り、そのレベルは５分後、10 分後、15 分後においても 安静試行と比較して有意差を認めなかった。立ち上がり ４）Roland PE，Larsen B：Supplementary motor area and other cortical areas in organization of voluntary movements in man，J Neurophysiol，43，118-136， 1980． ５）松田雅弘，渡邊修，来間弘展・他：非利き手による箸操 作の運動時，イメージ時，模倣時の脳内機構の比較―機 能的 MRI の検討―，理学療法科学，26，117-122，2011． 潜時は各試行での差異は認めなかった。10% 収縮運動イ ６）小木曽徹也，杉下守弘：全身運動イメージ中の脳内活動 メージと 50% 収縮運動イメージの効果検討では、安静試 部位：機能的磁気共鳴画像法（fMRI）を用いて，体力科 行に対する 50% 運動イメージ試行の振幅 F/M 比相対値 学，48，919，1999． が、10% 条件と比較して増加傾向であった。運動イメー ジ後の試行間では有意差は認めなかった。 これより、最大努力の 50% 収縮強度での等尺性収縮に よる母指対立運動イメージは、最大努力の 10% 収縮強度 における運動イメージよりも脊髄神経機能の興奮性を増 大させることがわかった。 ７）西村千秋，寺田和子：運動イメージに伴う脳活動の fMRI 測定，バイオフィードバック研究，30，50-51，2004． ８）Stephan KM，Fink GR：Functional anatomy of the mental representation of upper extremity movements in healthy sujects，J Neurophysiol，73，373-386， 1995． ９）大杉紘徳，大城昌平，水池千尋・他：運動イメージ方法 の違いが脳活動に及ぼす影響―近赤外分光法（NIRS）に よる検討―，聖隷クリストファー大学リハビリテーショ Ⅵ．まとめ 運動イメージが随意運動時と同様に中枢神経機能の興 奮性を賦活させるという報告は多数みられ、ほぼ一定の 結果が得られている。しかし運動イメージが脊髄神経機 ン学部紀要「リハビリテーション科学ジャーナル」，4， 11-18，2008． 10）谷口慎一郎，木村淳，市川博雄・他：運動イメージタス クが持続的安静に伴う脊髄前角細胞興奮性低下に及ぼす 影響，脊髄機能診断学，29，92-97，2007． 能に与える影響については、一定の結果が得られていな 11）鈴木俊明，谷埜予士次，米田浩久・他：母指対立運動の い。著者らも運動イメージ時の姿勢やイメージ方法など 運動イメージ方法の違いによる脊髄神経機能の興奮性の 条件を変えながら研究を行っている。今後、様々な条件 における運動イメージによる脊髄神経機能の興奮性変化 を検討し、最も効果の得られる運動イメージ方法を確 立、理学療法に応用していくことが重要であると考えて いる。 変化―F 波による検討―，脊髄機能診断学，31，60-64， 2009． 12）Kasai T，Kawai S，Kawanishi M，et al．；Evidence for facilitation of motor evoked potentials（MEPs） induced by motor imagery，Brain Research，744，147150，1997． 13）Liepert J，Neveling N：Motor excitability during 参考文献 １）Philip L，Jackson PL，Martin F，et al．：Potential Role of Mental Practice Using Motor Imagery in Neurologic Rehabilitation，Arch Phys Med Rehabil， 82，1133-1141，2001． ２）Dickstein R，Dunsky A，Marcovitz E：Motor imagery for gait rehabilitation in post-stroke hemiparesis， Physical Therapy，84，1167-1177，2004． ３）Ranganathan VK，Siemionow V，Liu JZ，et al．： From mental power to muscle power：gaininig Strength by using the mind，Neuropsychologia，42， 944-956，2004． 100 imagination and observation of foot dorsiflexions，J Neural Transm，116，1613-1619，2009． 14）大石和男，木村瑞生，安川通雄・他：イメージによる動 作遂行中の生理的パラメータの変化，体育学研究，36， 303-312，1992． 15）Hale BS，Raglin JS，Koceja DM，et al．：Effect of mental imagery of a motor task on the Hoffmann reflex，Behavioural Brain Research，142，81-87，2003． 16）文野住文，鈴木俊明：等尺性収縮を用いた母指対立運動 の運動イメージ収縮強度が脊髄神経機能の興奮性に与え る影響，理学療法科学，27，335-339，2012． 運動イメージが中枢神経機能と脊髄神経機能興奮性変化に与える影響に関する文献的研究 Bibliographic Research Bibliographic Research Regarding the Effects of Motor Imagery on the Excitability of Central and Spinal Neural Function Yoshibumi BUNNO １） Toshiaki SUZUKI ２） １）Graduate School of Health Sciences, Graduate School of Kansai University of Health Sciences ２）Clinical Physical therapy Laboratory, Faculty of Health Sciences, Kansai University of Health Sciences Abstract Recently, the effectiveness of motor imagery is gaining importance in spinal rehabilitation procedures. Motor imagery is presumed to activate nerve mechanisms such as movement execution. Furthermore, many reports have documented that motor imagery increases the excitability of central neural function. However, the precise effects of motor imagery on the excitability of spinal neural function remain to be elucidated. We conducted a review of the literature regarding the effects of motor imagery on the excitability of central and spinal neural function and discussed the same in this manuscript. Keywords：motor imagery, F-waves, central neural function, spinal neural function 101
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