運動出力に対する皮質間回路の役割と可塑性に関する研究
Study of the role and plasticity of the transcortical circuit on motor out put in humans
研究代表者 産業技術総合研究所 研究員 金子文成
Research Scientist, Neuromuscular Assistive Technology Group, Institute for Human
Science and Biomedical Engineering, National Institute of Advanced Industrial Science andTechnology (AIST)
和文アブストラクト
本研究は，皮膚感覚受容器の中でも，特に大径有髄繊維への感覚刺激入力が，皮質脊髄路（Cortico-spinal tract; CST）への入力状況に対してどのように影響するかを明らかにすることを目標に，1）感覚刺激入力による CST 興奮性変化を検出する方法を確立すること，および 2）長時間の感覚刺激入力による CST 興奮性の変化を検出すること，を目的とした。条件刺激としての皮膚感覚刺激入力（CondES）と試験刺激としての経頭蓋磁気刺激（TMS）との刺激間隔（ISI）を変化させること
により，皮膚感覚刺激入力によって修飾される皮質脊髄路興奮性の変化を検出できた。CondES に引き続いて誘発される MEP は，ISI 30ms 以降 200ms まで低下している傾向が強かった。しかし，常に低下しているのではなく，100ms 付近でのみ有意に増大していた。20 分間の持続的刺激入力による効果は認められなかった。
AbstractThe goal of the present study was to clarify the effect of cutaneous sensory input on theconditions of the intercortical input to the cortico-spinal tract (CST) in humans. The present
study was carried out to establish the method to detect the effect of the cutaneous
stimulation on the excitability in CST in humans, and also to detect the change of CST
excitability following 20 minutes cutaneous electrical stimulation. Motor evoked potentials(MEP) induced using trans cranial magnetic stimulations (TMS), which were induced ataround 100ms of inter stimulus interval between conditioning electrical stimulations andTMS, were significantly increased. The effect of long-term electrical stimulation were notdetected.
1. 研究目的
ヒト大脳皮質運動ニューロンには末る部位への体性感覚入力は，感覚入力を施された部位と体性局在が対応する梢の筋紡錘や皮膚感覚器からの求心性入力が投射されている。このため，あ皮質運動ニューロンにおいて，興奮性シナプス後電位（EPSP）を促通する。

このような短期的な促通はヒトにおい持続的皮膚電気刺激を行い，その後にても確認されている。しかし，長時間にわたる刺激入力によりニューロンの促通が長期間増強する 長期増強

再度 TMS と皮膚電気刺激を組み合わせた検査を実施した。

( Long‑ term potentiation; LTP) は，脊椎動物では脳のさまざまな部位で確認されているものの，ヒトにおける詳2. 4 TMS による運動誘発電位（MotorEvoked Potential; MEP）
第一背側骨間筋に表面電極を貼付し，細は明らかにされていない。本研究は，将来的に体性感覚刺激入力による LTPを応用したリハビリテーションパラダ

TMS による MEP を記録した。第一背側骨間筋から MEP を誘発するためにTMS を加える至適部位を同定し，閾値イムを構築するための基礎的な研究として，皮膚感覚受容器への刺激入力によって皮質脊髄路の運動誘発電位がどを検索した。MEP の刺激強度は運動閾値（MTh）の 1.1 倍とした。安静時に条件刺激を加えずに誘発した MEP を対照のような影響を受けるかを明らかにすることを目的に行った。臨床応用モデルとして，皮膚感覚受容器の中でも圧MEP とした。また，条件刺激からある時間間隔で試験刺激である TMS を実施した。条件刺激である皮膚感覚刺激覚などに関連がある大径有髄繊維を標的とした。

（ Conditioning Electrical Stimulation;CondES）から TMS を加えるまでの時間間隔（Intra Stimulus Interval; ISI）は

2. 研究経過2. 1 被験者
健康な 7 名の成人（男性 6 名，女性 1

20ms から 10ms おきに 100ms までの 9種類と，150ms，200ms，250ms の合計12 種類とした。各 ISI での試技では最名）を対象とした。
2. 2 実験手順

低 10 回の MEP を記録した。記録された MEP の振幅を計測し，10 回試技以上の MEP 平均値を算出した。

被験者は安楽椅子に座位となり，肩関節軽度屈曲，内旋，肘関節約 70°屈曲，前腕回内，手関節掌背屈中間位に

2. 3 皮膚感覚刺激入力
皮膚感覚受容器の刺激には，2000Hzて実験台に前腕と手部を固定された。
前腕部分はほぼ水平となっていた。手部は軽度母指外転位で固定した。実験の正弦波を用いて示指橈側を電気刺激した。はじめに，その電気刺激にて刺激されていることを感じられる最低の中の肢位は，常に被験者が安静状態を保つことができる設定とした。経頭蓋
磁 気 刺 激 （ Transcranial Magnetic

刺激強度を感覚閾値として測定した。
CondES として用いる刺激の強度は感覚閾値の 2.5 倍とした。CondES に用いStimulation; TMS）と皮膚電気刺激を組み合わせた検査の実施後に，20 分間のたと同じ刺激を，持続的皮膚感覚入力の介入刺激として，20 分間の皮膚感覚刺 激 入 力 (Long-termElectrical

被験者内で条件刺激（皮膚電気刺激）

2. 4 皮膚感覚刺激強度

試験刺激（TMS）時間間隔（Intra StimulusInterval; ISI）を要因とした一元配置分散分析を行った。図 1 図 3 は，3 名の被これ以降に記載する数値は平均±標準誤差を示す。
皮膚感覚閾値は 1.97±0.19V であっ験者について，MEP 振幅が ISI でどのように変化するか，また LongES 後のMEP 振幅の変化を表した。

た。条件刺激である皮膚感覚刺激強度
は，皮膚感覚閾値の 2.5 倍としたので，4.92±0.48V であった。

統計学的有意差（p<0.05; *, p<0.01; **）は Fisher の PLSD 法によって，対照データ（条件刺激なしで誘発された MEP。

2. 5 MEP 振幅への CondES の影響
MEP 振幅が条件刺激によってどのよ時間間隔は０としてプロット）との比較により有意差があった所に記した。
グラフは，対照データを 100％として相うに変化するかを検討するために，各対値で示した。

Stimulation; LongES)を行った。

(%)
400

Pre‑ LongES

Post‑ LongES
Subject; AK300＊＊200100＊＊ ＊ ＊0＊＊＊50100‑100control＊＊＊＊150200＊＊250 control 50

100ISI(%)
180150120＊＊90＊60******30** ** **0‑30control 50
100150200250(ms)ISI

Subject; TA＊****
**

**150

**200**

250 control

50100

ISI(ms)
150200250

150200250

ISI(%)
Subject; NA400
**300

*200
100
0‑100control**(ms)
50100150ISI

図.

200250control

50100ISIMEP 振幅の ISI による違いと LongES の影響

7 名のうちで 6 名に共通していた所とが明らかになった。CondES に引き続見として，100ms 付近の ISI の場合にMEP が有意に増大していた。1 名で ISIが 90ms のときに MEP が有意に増大しいて誘発される MEP は，ISI 30ms 以
降 200ms まで低下している傾向が強かった。しかし，常に低下しているのでており，それ以外の 5 名では共通してはなく，100ms 付近でのみ，有意に増ISI が 100ms の場合に増大が認められた。 大していることが分かった。
また，MEP の増大が認められた 6 名中3 名では複数の ISI で MEP が有意に増大していた。被験者 AF は ISI が 60msと 90ms，被験者 TH は 60ms と 100ms，

3. 研究成果
臨床的に使用される触覚刺激のモデル
として，2000Hz の正弦波による皮膚感

被験者 MT は 60ms，80ms，100ms の時に MEP の増加が観察された。一方，被験者 TA では有意な MEP の増加は認め

覚刺激入力を行い，皮質脊髄路の興奮性が修飾されて変化することを検出する方法を確立することができた。

られず，ISI 200ms を除く全ての ISI において有意に低下しており，条件刺激が抑制性に影響していた。条件刺激の4. 今後の課題と発展
本研究では LongES の効果を検出す

抑制性の影響がみられたのは被験者TA だけではなく，7 名中で AF を除く6 名の被験者で認められた。被験者ることができなかった。この理由として，本研究で実施した LongES に効果がないのか，検出方法に問題があるのか，

NA は ISI が 30ms と 200ms，被験者 TH
は 150ms と 200ms，被験者 AK では30ms 60ms，80ms と 90ms，そしてなど複数のことが考えられる。今後，
LongES の刺激方法を改良しながら，さらに研究を進める必要がある。まず，150ms 250ms において，被験者 MT はLongES の効果を表面筋電図により検30ms と 50ms，被験者 TY は 20ms，70ms， 出し，その上で，今回達成できなかっ150ms でそれぞれ MEP が低下していた。 た運動単位の活動動態を検討する実験を実施することが妥当であると考える。
2. 6 MEP 振幅への LongES の影響
LongES を実施できたのは 7 名中 5 名

5. 発表論文リストであった。LongES の影響は一定の傾向がみられなかった。

1 ） Short-term effects of cutaneous
stimulation on the motor evoked potentials
in humans. Kaneko F., et al.（投稿準備2. 7 まとめCondES と TMS の刺激間隔を変化させていくことによって，皮膚感覚刺激中）入力によって修飾される皮質脊髄路興奮性の変化を検出することができるこ