立石科学技術振興財団

助成研究成果集(第27号) 2018

前庭電流刺激による睡眠導入・促進効果の検証：｢ゆりかご効果」の神経基盤の解明
The effects of galvanic vestibular stimulation on sleep physiology in humans
2171008

研究代表者

東京大学大学院教育学研究科

助教

岸哲

史

的には，就床時に感覚閾値下の強度でベッドの[研 究 の 目 的］

揺れを模した GVS 刺激を行い，無刺激 (Sham
私たちは電車に揺られて移動するとき，心地刺 激) 時 と 比 較 し て，(ⅰ) 脳 波 か ら 見 た 睡よさを感じながら居眠りを始めることが多い。

眠の質 (睡眠潜時，睡眠紡錘波や徐波の出現

赤ちゃんも同様に，母親やゆりかごに揺られる率および当該帯域のスペクトルパワー，徐波と，すやすやと眠り始める。このように，適度睡眠の総持続時間や連続性)，(ⅱ) 自律神経な揺動感覚が睡眠を促進することは経験的によ系から見た睡眠の質 (交感神経系および副交く知られているが，その背後に存在する神経科感神経系の活動度)，(ⅲ) 自己評価による主観学的機序については明らかにされていない。

的睡眠の質 (昼寝前後での眠気や疲労感の改善

近 年，昼 寝 時 に ベ ッ ド を 低 周 波 (0.25 Hz)

度，起床後の主観的睡眠感) が向上するかにつで自動振動させると，無振動時と比較して，被いて検討した。前庭系は睡眠紡錘波の生成源で験者の睡眠潜時が有意に減少するとともに，睡ある視床核に解剖学的な結合を有しており，前眠紡錘波 (NREM 睡眠の Stage2 の特徴的脳庭系への周期的な入力が視床−皮質ループの神波) の出現率および紡錘波帯域のパワー，睡眠経活動を同期させることにより，睡眠の促進お徐波 (深睡眠時の特徴的脳波) 帯域のパワーがよび睡眠の質の向上がもたらされる可能性が考有意に増加することが報告された (Bayer L, etえられる。

al., Curr Biol, 2011)。また，10 名中 8 名の被験

本研究報告書では，GVS が睡眠中の自律神者が，振動条件の昼寝の方が心地よかったと報経機能及び主観的睡眠指標に及ぼす影響に焦点告していた。このように，適度なベッドの揺れを当て，報告する。

により，睡眠が促進・改善されることが示唆さ[研究の内容・成果]れている。
本研究では，適度な揺動感覚が睡眠を促進する，「ゆりかご効果」の神経科学的機序を明■方法

らかにすることを目的とし，身体の平衡感覚健常若年男性 8 名 (23.1±3.6 歳；平均±標を司る前庭系への電気的な刺激 (前庭電流刺準偏差) を対象として実験を行った。被験者は，

激 [Galvanic Vestibular Stimulation ; GVS])

実験に先立ち，実験室環境での睡眠に順応するが，ヒトの睡眠の導入・促進効果を持つか，まため，1 日実験室での昼寝を行った。その後，た睡眠の質を向上させるかを検討した。具体

刺激なし条件 (Sham 条件) と GVS 刺激条件

― 1 ―

立石科学技術振興財団(GVS 条件) を，ランダムな順番で行った。直近の睡眠覚醒リズムが結果に影響を及ぼすことが予想されるため，実験前の 1 週間，被験者は睡眠日誌の記入を行い，実験期間中に規則的な睡眠覚醒リズムを維持していたかを確認した。
また，実験期間を通じて，被験者には通常の睡眠覚醒リズムを乱さずに生活すること，激しい運動や飲酒，服薬を避けてもらうことを教示した。被験者の生活パターンを考慮し，条件間は基本的に 1 週間あけることとした。被験者は実験当日，昼食後 13 時に実験室に入室し，電極装着後，14 時から 90 分間ベッドで横になり，

図 1 睡眠実験の様子．睡眠ポリグラフ記録用の電極とGVS 刺激用の電極を装着した状態で 90 分の昼寝を行い，睡眠脳波や心拍データを取得した昼寝を行った。
GVS 刺激条件では，電極を左右の乳様突起■データ解析に装着し，周波数 0.25 Hz の正弦波状の GVS

Sham 条件と GVS 条件における睡眠中の自刺 激 を 行 っ た。実 験 に 先 立 ち，各 被 験 者 の律神経機能を評価するために，心電図データのGVS 刺激に対する感覚閾値を測定し，実験時解析を行った。平均 R 波間隔 (RRI)，心拍変の刺激強度はその 80〜90% に設定した。Sham

動 の VLF (0-0.04 Hz)，LF (0.04-0.15 Hz)，

条件では，GVS 刺激条件と同様に前庭系に電HF(0.15-0.4 Hz)，LF/HF 成分を条件間で比較極を置くが通電はしなかった。

した。主観的眠気および疲労感，睡眠前後でのGVS 刺激による揺動感覚の惹起の程度を確

それらの変化量，起床時の主観的睡眠感につい認するために，設定刺激強度における足圧中心ても同様に条件間で比較した。重心動揺の評価(CoP) 変位を，床反力計を用いて計測した。

は，左 右 方 向 の CoP 動 揺 (CoPx) の 時 系 列

各被験者につき，Sham 条件と GVS 条件を交データの周波数解析 (ピリオドグラム) により互に 2 度ずつ行った。各試行は 100 秒とし，閉行った。測定時の技術的問題により，心電図眼・閉足の直立姿勢を保つこととした。

データは 6 名分，主観的尺度については 5 名分

睡眠の測定は，米国睡眠医学会による国際標を解析対象とした。

準 法 (2007) に 従 い，脳 波 (F3-A2，F4-A1，
C3-A2，C4-A1，O1-A2，O2-A1)，眼 電 図，

■結果

オトガイ筋電図，心電図などの生体信号を，睡1．GVS 刺激が重心動揺に及ぼす影響

眠ポリグラフを用いて記録した (図 1)。

Sham 条件では CoPx のスペクトルに明瞭な

睡 眠 の 前 後 で，主 観 的 な 眠 気 と 疲 労 感 をピークは見られなかったが，GVS 条件では刺Visual Analogue Scale (0〜100) により測定し激周波数 (0.25 Hz)に対応したピークが観察さた。また，起床時には，主観的睡眠の質についれた (図 2)。すなわち，感覚閾値下の刺激強て，5 件法 (1：まったく心地よくなかった，度において，0.25 Hz の GVS により，0.25 Hz

2：あまり心地よくなかった，3：ふつうだった，の足圧中心動揺が惹起されていたことが確認で

4：まあまあ心地よかった，5：とても心地よきた。

かった) で評価した。

2．GVS 刺激が睡眠中の自律神経系の活動に及ぼす影響

GVS 条 件 で は，Sham 条 件 と 比 較 し て，― 2 ―Tateisi Science and Technology Foundation

図 5 Sham 及び GVS 条件における眠気の変化量 (昼寝後−昼寝前)
図2

各条件 (Sham または GVS) における x 軸方向の足
圧中心 (CoPx) の時間変化の軌跡とそのピリオドグ
ラムの一例

表 1 Sham 条件および GVS 条件における自律神経系の評価
RRI (msec)

Sham1079.7±188.8

VLF (ms 2)
LF (ms 2)

308.5±169.9

332.0±167.7

1232.6±781.4

1360.5±697.8

1395.2±987.9
1.2±0.7

1975.5±1826.6
1.1±0.7

HF (ms 2)
LF/HF

表2

Sham 条件および GVS 条件における主観的眠気，疲労感，睡眠感の評価

Before nap
Sleepiness
Fatigue
After nap

図3

Sham 条件及び GVS 条件における LF/HF およびその個人内での変化量 (Sham 条件から GVS 条件を減じたもの)

GVS
1019.5±147.6

Sleepiness
FatigueSleep quality

ShamGVS

49.8±20.8

65.0±8.0

28.0±28.0

32.4±22.7

32.0±19.6
28.0±32.6
3.6±1.1

16.5±13.817.2±19.3
3.1±1.2

LF/HF が低下する傾向にあること (6 名中 5名が低下；図 3)，また RRI が短縮する傾向にあること (6 名中 5 名が短縮；図 4) が確認され た。VLF，LF，HF に つ い て は，条 件 間 の違いに一貫した傾向は特に認められなかった(表 1)。
3．GVS 刺激が主観的睡眠の質に及ぼす影響

GVS 条件では，Sham 条件と比較して，睡眠前後での眠気の改善度が大きい傾向にあることが確認された (5 名中 4 名改善；図 5)。疲労感および主観的睡眠感については，条件間の違い
図4

Sham 条件及び GVS 条件における RRI およびその個人内での変化量 (Sham 条件から GVS 条件を減じたもの)に一貫した傾向は特に認められなかった (表 2，図 6)。

― 3 ―立石科学技術振興財団

から，GVS が睡眠の質を高める効果がある可能性が示唆された。しかしながら，RRI は短縮する傾向が見られており，引き続き検討する必要がある。今回得られた結果を基盤とし，今後は十分の被験者数を準備した本実験に進み，脳波データと突き合わせた形での検討を行う必要がある。本研究で示唆された新規な手法による睡眠導入・促進効果が実証できれば，その成果は将来的に良質な睡眠を獲得するための技術開発につながることが期待され，基礎的にも応用
図6

Sham 及び GVS 条件における疲労感の変化量 (昼寝後−昼寝前)的にも意義深いものと考える。
[成果の発表］[今後の研究の方向性・課題］[1]

岸哲史，東郷史治．
「揺動感による睡眠促進効果とその神経機序に関する研究」．東京大学発達保育

本研究は，経験的にはよく知られているものの，科学的には全く明らかにされていない「適度な揺れが眠りを誘う」現象の神経科学的機序

実政策学センター中間研究報告会．東京大学，2017
年 8 月 6 日．(ポスター発表)[2]

岸哲史，東郷史治．
「揺動感による睡眠促進効果とその神経機序に関する研究」．東京大学発達保育についてヒトを対象として明らかにしようとし

実政策学センター最終研究報告会．東京大学，2018たものある。本研究では，GVS 条件において

年 1 月 28 日．(ポスター発表)

LF/HF が低下すること，眠気が改善すること― 4 ―