2022/08/17 更新

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カノスエ カズユキ
彼末 一之
所属
スポーツ科学学術院
職名
名誉教授
ホームページ

学歴

  •  
    -
    1977年

    大阪大学   工学研究科   電気工学  

  •  
    -
    1977年

    大阪大学   工学研究科   電気工学  

  •  
    -
    1975年

    東京工業大学   工学部   電気工学  

学位

  • 大阪大学   工学博士

  • 大阪大学   医学博士

経歴

  • 2009年
    -
     

    早稲田大学グローバルCOE リーダー

  •  
     
     

    平成15年4早稲田大学スポーツ科学部教授

  •  
     
     

    平成6年4大阪大学医学部保健学科教授

  •  
     
     

    昭和63年2大阪大学医学部助教授

  •  
     
     

    昭和61年1西ドイツMax-Planck研究所生理臨床研究所客員研究員

  •  
     
     

    昭和54年7大阪大学医学部助手(昭和63年2月まで)

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所属学協会

  •  
     
     

    The Australian Neuroscience Society

  •  
     
     

    The American Physiological Society

  •  
     
     

    日本体力医学会

  •  
     
     

    Society for Neuroscience

  •  
     
     

    日本神経科学会

  •  
     
     

    日本生気象学会

  •  
     
     

    日本生理学会

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研究分野

  • 神経科学一般

  • 神経科学一般

  • 生理学

  • スポーツ科学

研究キーワード

  • スポーツ神経科学、スポーツ生理学、システム生理学

論文

  • Motor imagery of voluntary muscle relaxation of the foot induces a temporal reduction of corticospinal excitability in the hand

    Kouki Kato, Kazuyuki Kanosue

    Neuroscience Letters   668   67 - 72  2018年03月

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    The object of this study was to clarify how the motor imagery of foot muscle relaxation influences corticospinal excitability for the ipsilateral hand. Twelve participants volitionally relaxed their right foot from a dorsiflexed position (actual relaxation), or imaged the same movement (imagery relaxation) in response to an auditory cue. Transcranial magnetic stimulation (TMS) was delivered to the hand area of the left primary motor cortex at different time intervals after an auditory cue. Motor evoked potentials (MEPs) were recorded from the right extensor carpi radialis (ECR) and flexor carpi radialis (FCR). MEP amplitudes of ECR and FCR caused by single-pulse TMS temporarily decreased during both actual relaxation and imagery relaxation as compared with those of the resting control. A correlation of MEP amplitude between actual relaxation and imagery relaxation was observed. Our findings indicate that motor imagery of muscle relaxation of the foot induced a reduction of corticospinal excitability in the ipsilateral hand muscles. This effect is likely produced via the same mechanism that functions during actual muscle relaxation.

    DOI

  • Performance control in one consecutive motor task sequence – Approaching central neuronal motor behaviour preceding isometric contraction onsets and relaxation offsets at lower distinct torques

    Vogt, Tobias, Kato, K, Flüthmann, N, Bloch, O, Nakata, H, Kanosue, K

    Journal of Musculoskeletal Neuronal Interactions   18 ( 1 ) 1 - 8  2018年03月

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    © 2018, International Society of Musculoskeletal and Neuronal Interactions. All rights reserved. Objective: Motor-related cortical potentials (MRCP) often compared separated muscle activations; however, MRCP preceding combined contraction onsets and relaxation offsets of one consecutive motor task sequence remain to be elucidated. Methods: Twelve healthy males (27.92±4.33 years, 181.83±7.15 cm, 84.58±7.15 kg) performed 40 submaximal isometric right-limb wrist flexions (i.e. motor task sequences). Each motor task sequence combined timed contractions to and relaxations from distinct torque levels, i.e. 20% and 40% of maximum voluntary contractions (MVC). Synchronized continuous EEG (32 Ag/AgCl-electrodes mounted over motor-related areas) and EMG (i.e. flexor carpi radialis, FCR) recordings served to detect torque level-on/offsets for MRCP analyses. Results: Motor task sequences were accurately maintained with participants’ mean values of FCR muscle activity revealing no signs of fatigue (p > 0.05). Main findings (i.e. readiness potential) were larger amplitudes over frontal electrode sites (p < 0.05) preceding contractions compared to relaxations, whereas amplitudes were larger (i.e. peak) over centro-parietal electrode sites (p < 0.05) preceding 40% compared to 20% MVC. Conclusion: When performed in one consecutive motor task sequence, controlling the production as well as the releasing of force may require similar proprioceptive and visuo-motor processing preceding the same force level (i.e. 20% or 40%); however, this is irrespective of the muscle activation type (i.e. contraction or relaxation).

  • The Effect of Cerebellar Transcranial Direct Current Stimulation on A Throwing Task Depends on Individual Level of Task Performance

    Nobuaki Mizuguchi, Takashi Katayama, Kazuyuki Kanosue

    Neuroscience   371   119 - 125  2018年02月

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    The effect of cerebellar transcranial direct current stimulation (tDCS) on motor performance remains controversial. Some studies suggest that the effect of tDCS depends upon task-difficulty and individual level of task performance. Here, we investigated whether the effect of cerebellar tDCS on the motor performance depends upon the individual's level of performance. Twenty-four naïve participants practiced dart throwing while receiving a 2-mA cerebellar tDCS for 20 min under three stimulus conditions (anodal-, cathodal-, and sham-tDCS) on separate days with a double-blind, counter-balanced cross-over design. Task performance was assessed by measuring the distance between the center of the bull's eye and the dart's position. Although task performance tended to improve throughout the practice under all stimulus conditions, improvement within a given day was not significant as compared to the first no-stimulus block. In addition, improvement did not differ among stimulation conditions. However, the magnitude of improvement was associated with an individual's level of task performance only under cathodal tDCS condition (p &lt
    0.05). This resulted in a significant performance improvement only for the sub-group of participants with lower performance levels as compared to that with sham-tDCS (p &lt
    0.05). These findings suggest that the facilitation effect of cerebellar cathodal tDCS on motor skill learning of complex whole-body movements depends on the level of an individual's task performance. Thus, cerebellar tDCS would facilitate learning of a complex motor skill task only in a subset of individuals.

    DOI

  • Unstable rocker shoes promote recovery from marathon-induced muscle damage in novice runners

    K. Nakagawa, T. Inami, T. Yonezu, Y. Kenmotsu, T. Narita, Y. Kawakami, K. Kanosue

    Scandinavian Journal of Medicine and Science in Sports   28 ( 2 ) 621 - 629  2018年02月

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    We recently reported that wearing unstable rocker shoes (Masai Barefoot Technology: MBT) may enhance recovery from marathon race-induced fatigue. However, this earlier study only utilized a questionnaire. In this study, we evaluated MBT utilizing objective physiological measures of recovery from marathon-induced muscle damages. Twenty-five university student novice runners were divided into two groups. After running a full marathon, one group wore MBT shoes (MBT group), and the control group (CON) wore ordinary shoes daily for 1 week following the race. We measured maximal isometric joint torque, muscle hardness (real time tissue elastography of the strain ratio) in the lower limb muscles before, immediately after, and 1, 3, and 8 days following the marathon. We calculated the magnitude of recovery by observing the difference in each value between the first measurement and the latter measurements. Results showed that isometric torques in knee flexion recovered at the first day after the race in the MBT group while it did not recover even at the eighth day in the CON group. Muscle hardness in the gastrocnemius and vastus lateralis showed enhanced recovery in the MBT group in comparison with the CON group. Also for muscle hardness in the tibialis anterior and biceps femoris, the timing of recovery was delayed in the CON group. In conclusion, wearing MBT shoes enhanced recovery in lower leg and thigh muscles from muscle damage induced by marathon running.

    DOI PubMed

  • Association between Hypometabolism in the Supplementary Motor Area and Fear of Falling in Older Adults

    Ryota Sakurai, Yoshinori Fujiwara, Masashi Yasunaga, Hiroyuki Suzuki, Kazuyuki Kanosue, Manuel Montero-Odasso, Kenji Ishii

    FRONTIERS IN AGING NEUROSCIENCE   9 ( JUL )  2017年07月  [査読有り]

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    Background: A better understanding of the neural mechanisms that underlie the development of fear of falling (FoF) in seniors may help to detect potential treatable factors and reduce future falls. We therefore investigate the neural correlates of FoF in older adults using 18F-fluorodeoxyglucose-positron emission tomography (FDG-PET).
    Methods: This cohort study included 117 community-dwelling older adults. At baseline, participants were assessed for FoF, psychiatric symptoms, walking speed, global cognition and cerebral glucose metabolism with FDG-PET. The incidence of FoF in the participants who did not report FoF (N-FoF) at baseline was again ascertained 2 years later. FDG uptake was compared between the FoF and non-FoF groups. Logistic regression analyses to examine the predictors of newly developed FoF (D-FoF) using normalized regional FDG uptake were then performed.
    Results: At baseline, 50.4% (n = 59) of participants had FoF. The FoF group had significantly decreased glucose metabolism in the left superior frontal gyrus (supplementary motor area, SMA; BA6) compared to the non-FoF group. After 2 years, 19 out of the 58 participants in the non-FoF group developed FoF. Logistic regression analysis revealed that decreased cerebral glucose metabolism in the left SMA at the baseline was a significant predictor of the future development of FoF, independently of psychiatric symptoms and walking speed.
    Conclusion: In healthy older adults, hypometabolism in the left SMA, which is involved in motor planning and motor coordination, contributes to the development of FoF. Our result might help elucidate underlying mechanism of the association between deficits in motor control and FoF.

    DOI

  • Neural basis for the relationship between frequency of going outdoors and depressive mood in older adults

    Ryota Sakurai, Hiroyuki Suzuki, Yoshinori Fujiwara, Masashi Yasunaga, Rumi Takeuchi, Yoh Murayama, Kimi Estela Kobayashi Cuya, Kazuyuki Kanosue, Kenji Ishii

    INTERNATIONAL JOURNAL OF GERIATRIC PSYCHIATRY   32 ( 6 ) 589 - 595  2017年06月  [査読有り]

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    Objective: Low frequency of going outdoors (e.g. being homebound) is associated with depressive mood; however, the underlying neural mechanism of this association is unclear. We therefore investigated the neural substrate involved in the relationship between frequency of going outdoors and depressive mood using positron emission tomography (PET), focusing on the frontal lobe and the limbic system.
    Methods: One hundred fifty-eight community-dwelling older adults aged 65-85 years underwent PET with F-18-fluorodeoxyglucose to evaluate regional cerebral metabolic rates of glucose normalized in reference to cerebellar glucose metabolic value (normalized-rCMRglc) in six regions of interest. We also assessed depressive mood, frequency of going outdoors, and potential covariates. Depressive mood was assessed using the Geriatric Depression Scale (GDS).
    Results: The proportion of participants who reported low frequency of going outdoors (LG, every 2-3days or less) was 36.1%. The LG group showed significantly higher GDS scores than those who reported high (once a day or more) frequency of going outdoors. A multiple linear regression analysis adjusted for potential covariates showed higher GDS scores were associated with lower normalized-rCMRglc in the ventrolateral prefrontal and orbitofrontal cortices. Adjusting for frequency of going outdoors, the association between GDS score and normalized-rCMRglc in the orbitofrontal cortex was attenuated.
    Conclusions: Our results suggest that the orbitofrontal cortex may mediate the relationship between low frequency of going outdoors and depressive mood among community-dwelling older adults. These findings may help disentangle the role of going outdoors in regulating brain function to improve and/ormaintain mental health among community-dwelling older adults. Copyright (C) 2016 John Wiley & Sons, Ltd.

    DOI

  • Central neuronal motor behaviour in skilled and less skilled novices – Approaching sports-specific movement techniques

    Vogt, Tobias, Kato, Kouki, Schneider, Stefan, Schneider, Stefan, Türk, Stefan, Kanosue, Kazuyuki

    Human Movement Science   52   151 - 159  2017年04月  [査読有り]

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    © 2017 Elsevier B.V. Research on motor behavioural processes preceding voluntary movements often refers to analysing the readiness potential (RP). For this, decades of studies used laboratory setups with controlled sports-related actions. Further, recent applied approaches focus on athlete-non-athlete comparisons, omitting possible effects of training history on RP. However, RP preceding real sport-specific movements in accordance to skill acquisition remains to be elucidated. Therefore, after familiarization 16 right-handed males with no experience in archery volunteered to perform repeated sports-specific movements, i.e. 40 arrow-releasing shots at 60 s rest on a 15 m distant standard target. Continuous, synchronised EEG and right limb EMG recordings during arrow-releasing served to detect movement onsets for RP analyses over distinct cortical motor areas. Based on attained scores on target, archery novices were, a posteriori, subdivided into a skilled and less skilled group. EMG results for mean values revealed no significant changes (all p  >  0.05), whereas RP amplitudes and onsets differed between groups but not between motor areas. Arrow-releasing preceded larger RP amplitudes (p  <  0.05) and later RP onsets (p  <  0.05) in skilled compared to less skilled novices. We suggest this to reflect attentional orienting and greater effort that accompanies central neuronal preparatory states of a sports-specific movement.

    DOI PubMed

  • 運動イメージと運動パフォーマンス

    水口 暢章, 彼末 一之

    計測と制御   56 ( 8 ) 568 - 572  2017年

    CiNii

  • Task-dependent engagements of the primary visual cortex during kinesthetic and visual motor imagery

    Nobuaki Mizuguchi, Maiko Nakamura, Kazuyuki Kanosue

    NEUROSCIENCE LETTERS   636   108 - 112  2017年01月  [査読有り]

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    Motor imagery can be divided into kinesthetic and visual aspects. In the present study, we investigated excitability in the corticospinal tract and primary visual cortex (V1) during kinesthetic and visual motor imagery. To accomplish this, we measured motor evoked potentials (MEPs) and probability of phosphene occurrence during the two types of motor imageries of finger tapping. The MEPs and phosphenes were induced by transcranial magnetic stimulation to the primary motor cortex and V1, respectively. The amplitudes of MEPs and probability of phosphene occurrence during motor imagery were normalized based on the values obtained at rest. Corticospinal excitability increased during both kinesthetic and visual motor imagery, while excitability in V1 was increased only during visual motor imagery. These results imply that modulation of cortical excitability during kinesthetic and visual motor imagery is task dependent. The present finding aids in the understanding of the neural mechanisms underlying motor imagery and provides useful information for the use of motor imagery in rehabilitation or motor imagery training. (C) 2016 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

    DOI

  • Task-dependent engagements of the primary visual cortex during kinesthetic and visual motor imagery

    Nobuaki Mizuguchi, Maiko Nakamura, Kazuyuki Kanosue

    NEUROSCIENCE LETTERS   636   108 - 112  2017年01月

     概要を見る

    Motor imagery can be divided into kinesthetic and visual aspects. In the present study, we investigated excitability in the corticospinal tract and primary visual cortex (V1) during kinesthetic and visual motor imagery. To accomplish this, we measured motor evoked potentials (MEPs) and probability of phosphene occurrence during the two types of motor imageries of finger tapping. The MEPs and phosphenes were induced by transcranial magnetic stimulation to the primary motor cortex and V1, respectively. The amplitudes of MEPs and probability of phosphene occurrence during motor imagery were normalized based on the values obtained at rest. Corticospinal excitability increased during both kinesthetic and visual motor imagery, while excitability in V1 was increased only during visual motor imagery. These results imply that modulation of cortical excitability during kinesthetic and visual motor imagery is task dependent. The present finding aids in the understanding of the neural mechanisms underlying motor imagery and provides useful information for the use of motor imagery in rehabilitation or motor imagery training. (C) 2016 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

    DOI

  • Effect of muscle relaxation in the foot on simultaneous muscle contraction in the contralateral hand

    Kouki Kato, Kazuyuki Kanosue

    Neuroscience Letters   633   252 - 256  2016年10月

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    We investigated the effects of foot muscle relaxation and contraction on muscle activities in the hand on both ipsilateral and contralateral sides. The subjects sat in an armchair with hands in the pronated position. They were able to freely move their right/left hand and foot. They performed three tasks for both ipsilateral (right hand and right foot) and contralateral limb coordination (left hand and right foot for a total of six tasks). These tasks involved: (1) wrist extension from a flexed (resting) position, (2) wrist extension with simultaneous ankle dorsiflexion from a plantarflexed (resting) position, and (3) wrist extension with simultaneous ankle relaxation from a dorsiflexed position. The subjects performed each task as fast as possible after hearing the start signal. Reaction time for the wrist extensor contraction (i.e. the degree to which it preceded the motor reaction time), as observed in electromyography (EMG), became longer when it was concurrently done with relaxation of the ankle dorsiflexor. Also, the magnitude of EMG activity became smaller, as compared with activity when wrist extensor contraction was done alone or with contraction of the ankle dorsiflexor. These effects were observed not only for the ipsilateral hand, but also for the contralateral hand. Our findings suggest that muscle relaxation in one limb interferes with muscle contraction in both the ipsilateral and contralateral limbs.

    DOI PubMed

  • Difference in activity in the supplementary motor area depending on limb combination of hand–foot coordinated movements

    Nakagawa, Kento, Nakagawa, Kento, Nakagawa, Kento, Kawashima, Saeko, Mizuguchi, Nobuaki, Kanosue, Kazuyuki

    Frontiers in Human Neuroscience   10 ( OCT2016 )  2016年10月  [査読有り]

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    © 2016 Nakagawa, Kawashima, Mizuguchi and Kanosue.Periodic interlimb coordination shows lower performance when the ipsilateral hand and foot (e.g., right hand and right foot) are simultaneously moved than when the contralateral hand and foot (e.g., right hand and left foot) are simultaneously moved. The present study aimed to investigate how brain activity that is related to the dependence of hand–foot coordination on limb combination, using functional magnetic imaging. Twenty-one right-handed subjects performed periodic coordinated movements of the ipsilateral or contralateral hand and foot in the same or opposite direction in the sagittal plane. Kinematic data showed that performance was lower for the ipsilateral hand–foot coordination than for the contralateral one. A comparison of brain activity between the same and opposite directions showed that there was a greater activation of supplementary motor area for ipsilateral hand–foot coordination as compared to that seen during contralateral hand–foot coordination. We speculate that this might reflect a difference in the degree of inhibition of the neural circuit that disrupts opposite directional movements between ipsilateral and contralateral hand–foot coordinated movements.

    DOI

  • Difference in activity in the supplementary motor area depending on limb combination of hand–foot coordinated movements

    Nakagawa, Kento, Nakagawa, Kento, Nakagawa, Kento, Kawashima, Saeko, Mizuguchi, Nobuaki, Kanosue, Kazuyuki

    Frontiers in Human Neuroscience   10 ( OCT2016 )  2016年10月  [査読有り]

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    © 2016 Nakagawa, Kawashima, Mizuguchi and Kanosue.Periodic interlimb coordination shows lower performance when the ipsilateral hand and foot (e.g., right hand and right foot) are simultaneously moved than when the contralateral hand and foot (e.g., right hand and left foot) are simultaneously moved. The present study aimed to investigate how brain activity that is related to the dependence of hand–foot coordination on limb combination, using functional magnetic imaging. Twenty-one right-handed subjects performed periodic coordinated movements of the ipsilateral or contralateral hand and foot in the same or opposite direction in the sagittal plane. Kinematic data showed that performance was lower for the ipsilateral hand–foot coordination than for the contralateral one. A comparison of brain activity between the same and opposite directions showed that there was a greater activation of supplementary motor area for ipsilateral hand–foot coordination as compared to that seen during contralateral hand–foot coordination. We speculate that this might reflect a difference in the degree of inhibition of the neural circuit that disrupts opposite directional movements between ipsilateral and contralateral hand–foot coordinated movements.

    DOI

  • Effect of muscle relaxation in the foot on simultaneous muscle contraction in the contralateral hand

    Kouki Kato, Kazuyuki Kanosue

    NEUROSCIENCE LETTERS   633   252 - 256  2016年10月  [査読有り]

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    We investigated the effects of foot muscle relaxation and contraction on muscle activities in the hand on both ipsilateral and contralateral sides. The subjects sat in an armchair with hands in the pronated position. They were able to freely move their right/left hand and foot. They performed three tasks for both ipsilateral (right hand and right foot) and contralateral limb coordination (left hand and right foot fora total of six tasks). These tasks involved: (1) wrist extension from a flexed (resting) position, (2) wrist extension with simultaneous ankle dorsiflexion from a plantarflexed (resting) position, and (3) wrist extension with simultaneous ankle relaxation from a dorsiflexed position. The subjects performed each task as fast as possible after hearing the start signal. Reaction time for the wrist extensor contraction (i.e. the degree to which it preceded the motor reaction time), as observed in electromyography (EMG), became longer when it was concurrently done with relaxation of the ankle dorsiflexor. Also, the magnitude of EMG activity became smaller, as compared with activity when wrist extensor contraction was done alone or with contraction of the ankle dorsiflexor. These effects were observed not only for the ipsilateral hand, but also for the contralateral hand. Our findings suggest that muscle relaxation in one limb interferes with muscle contraction in both the ipsilateral and contralateral limbs. (C) 2016 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

    DOI

  • Neural correlates of older adults’ self-overestimation of stepping-over ability

    Sakurai, Ryota, Sakurai, Ryota, Sakurai, Ryota, Fujiwara, Yoshinori, Yasunaga, Masashi, Suzuki, Hiroyuki, Murayama, Yoh, Imanaka, Kuniyasu, Kanosue, Kazuyuki, Ishii, Kenji

    Age   38 ( 4 ) 351 - 361  2016年08月  [査読有り]

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    © 2016, American Aging Association.A growing body of literature indicates that cognitively intact older adults tend to overestimate their physical functioning (e.g., step-over ability), which may lead to fall risk. However, the neural correlates underlying this phenomenon are still unclear. We therefore investigated the neural basis of older adults’ self-overestimation of stepping-over ability. A total of 108 well-functioning community dwelling older adults (mean age = 73.9 years) performed step-over tests (SOT) in two ways: self-estimation of step-over ability and an actual step-over task. During the self-estimation task, participants observed a horizontal bar at a distance of 7 m and estimated the maximum height (EH) of successful SOT trials. The actual SOT was then performed to determine the actual maximum height (AH) of successful trials. Participants also underwent positron emission tomography with 18F-fluorodeoxyglucose at rest to assess cerebral neural activity. The SOT showed that 22.2 % of participants overestimated their step-over ability. A regression analysis adjusted for potential covariates showed that increased self-estimation error (difference between EH and AH) was correlated with lower glucose metabolism in the bilateral orbitofrontal cortex (OFC) and left frontal pole. Only the significant correlation between self-estimation error and OFC activity persisted after correcting for multiple comparisons. For well-functioning healthy older adults, overlooking one’s own functional decline may be influenced by reduced metabolic activity in the anterior prefrontal cortex, particularly in the OFC. Our findings also suggest that functional decline in the OFC prevents older adults from updating the qualitative/quantitative values of their impaired physical abilities.

    DOI

  • The right temporoparietal junction encodes efforts of others during action observation

    Nobuaki Mizuguchi, Hiroki Nakata, Kazuyuki Kanosue

    SCIENTIFIC REPORTS   6  2016年07月  [査読有り]

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    Smooth social interactions require a deep understanding of others' intentions and feelings. In the present study, to investigate brain regions that respond to inference of others' effort level, we recorded brain activity during action observation of different effort levels using functional magnetic resonance imaging (fMRI). We used a dumbbell curl movement to depict a movement requiring effort. To dissociate the factors of effort level of the actor and weight of the dumbbell, we used four combinations of dumbbell weight and actor physique: a thin actor or a built actor lifting a heavy or light dumbbell. During observation of dumbbell curls, the bilateral front-parietal action observation network (AON) was activated. This included the premotor cortices, parietal cortices, visual areas 5/superior temporal cortices (STS), amygdalae, hippocampi, right dorsolateral and ventrolateral frontal cortices. When we evaluated brain regions associated with the actor's effort level, activity in the right temporoparietal junction (TPJ) and STS was observed. However, activity in the front-parietal AON was independent of the actor's effort during action observation. This finding suggests that the right TPJ and STS play an important role in the inference of others' effort levels during the observation of others' movements.

    DOI

  • Muscle relaxation of the foot reduces corticospinal excitability of hand muscles and enhances intracortical inhibition

    Kouki Kato, Tetsuro Muraoka, Nobuaki Mizuguchi, Kento Nakagawa, Hiroki Nakata, Kazuyuki Kanosue

    Frontiers in Human Neuroscience   10 ( 2016 )  2016年05月

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    The object of this study was to clarify the effects of foot muscle relaxation on activity in the primary motor cortex (M1) of the hand area. Subjects were asked to volitionally relax the right foot from sustained contraction of either the dorsiflexor (tibialis anterior
    TA relaxation) or plantarflexor (soleus
    SOL relaxation) in response to an auditory stimulus. Single- and paired-pulse transcranial magnetic stimulation (TMS) was delivered to the hand area of the left M1 at different time intervals before and after the onset of TA or SOL relaxation. Motor evoked potentials (MEPs) were recorded from the right extensor carpi radialis (ECR) and flexor carpi radialis (FCR). MEP amplitudes of ECR and FCR caused by single-pulse TMS temporarily decreased after TA and SOL relaxation onset, respectively, d as compared with those of the resting control. Furthermore, short-interval intracortical inhibition (SICI) of ECR evaluated with paired-pulse TMS temporarily increased after TA relaxation onset. Our findings indicate that muscle relaxation of the dorsiflexor reduced corticospinal excitability of the ipsilateral hand muscles. This is most likely caused by an increase in intracortical inhibition.

    DOI

  • Relation Between Lift Force and Ball Spin for Different Baseball Pitches

    Tomoyuki Nagami, Takatoshi Higuchi, Hiroki Nakata, Toshimasa Yanai, Kazuyuki Kanosue

    JOURNAL OF APPLIED BIOMECHANICS   32 ( 2 ) 196 - 204  2016年04月  [査読有り]

     概要を見る

    Although the lift force (F-L) on a spinning baseball has been analyzed in previous studies, no study has analyzed such forces over a wide variety of spins. The purpose of this study was to describe the relationship between F-L and spin for different types of pitches thrown by collegiate pitchers. Four high-speed video cameras were used to record flight trajectory and spin for 7 types of pitches. A total of 75 pitches were analyzed. The linear kinematics of the ball was determined at 0.008-s intervals during the flight, and the resultant fluid force acting on the ball was calculated with an inverse dynamics approach. The initial angular velocity of the ball was determined using a custom-made apparatus. Equations were derived to estimate the F-L using the effective spin parameter (ESp), which is a spin parameter calculated using a component of angular velocity of the ball with the exception of the gyro-component. The results indicate that F-L could be accurately explained from ESp and also that seam orientation (4-seam or 2-seam) did not produce a uniform effect on estimating F-L from ESp.

    DOI PubMed

  • Contribution of Visual Information about Ball Trajectory to Baseball Hitting Accuracy

    Takatoshi Higuchi, Tomoyuki Nagami, Hiroki Nakata, Masakazu Watanabe, Tadao Isaka, Kazuyuki Kanosue

    PLOS ONE   11 ( 2 )  2016年02月  [査読有り]

     概要を見る

    The contribution of visual information about a pitched ball to the accuracy of baseball-bat contact may vary depending on the part of trajectory seen. The purpose of the present study was to examine the relationship between hitting accuracy and the segment of the trajectory of the flying ball that can be seen by the batter. Ten college baseball field players participated in the study. The systematic error and standardized variability of ball-bat contact on the bat coordinate system and pitcher-to-catcher direction when hitting a ball launched from a pitching machine were measured with or without visual occlusion and analyzed using analysis of variance. The visual occlusion timing included occlusion from 150 milliseconds (ms) after the ball release (R+150), occlusion from 150 ms before the expected arrival of the launched ball at the home plate (A-150), and a condition with no occlusion (NO). Twelve trials in each condition were performed using two ball speeds (31.9 m.s(-1) and 40.3 m.s(-1)). Visual occlusion did not affect the mean location of ball-bat contact in the bat's long axis, short axis, and pitcher-to-catcher directions. Although the magnitude of standardized variability was significantly smaller in the bat's short axis direction than in the bat's long axis and pitcher-to-catcher directions (p &lt; 0.001), additional visible time from the R+150 condition to the A-150 and NO conditions resulted in a further decrease in standardized variability only in the bat's short axis direction (p &lt; 0.05). The results suggested that there is directional specificity in the magnitude of standardized variability with different visible time. The present study also confirmed the limitation to visual information is the later part of the ball trajectory for improving hitting accuracy, which is likely due to visuo-motor delay.

    DOI

  • MOTOR IMAGERY BEYOND THE MOTOR REPERTOIRE: ACTIVITY IN THE PRIMARY VISUAL CORTEX DURING KINESTHETIC MOTOR IMAGERY OF DIFFICULT WHOLE BODY MOVEMENTS

    N. Mizuguchi, H. Nakata, K. Kanosue

    NEUROSCIENCE   315   104 - 113  2016年02月  [査読有り]

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    To elucidate the neural substrate associated with capabilities for kinesthetic motor imagery of difficult wholebody movements, we measured brain activity during a trial involving both kinesthetic motor imagery and action observation as well as during a trial with action observation alone. Brain activity was assessed with functional magnetic resonance imaging (fMRI). Nineteen participants imagined three types of whole-body movements with the horizontal bar: the giant swing, kip, and chin-up during action observation. No participant had previously tried to perform the giant swing. The vividness of kinesthetic motor imagery as assessed by questionnaire was highest for the chin-up, less for the kip and lowest for the giant swing. Activity in the primary visual cortex (V1) during kinesthetic motor imagery with action observation minus that during action observation alone was significantly greater in the giant swing condition than in the chin-up condition within participants. Across participants, V1 activity of kinesthetic motor imagery of the kip during action observation minus that during action observation alone was negatively correlated with vividness of the kip imagery. These results suggest that activity in V1 is dependent upon the capability of kinesthetic motor imagery for difficult whole-body movements. Since V1 activity is likely related to the creation of a visual image, we speculate that visual motor imagery is recruited unintentionally for the less vivid kinesthetic motor imagery of difficult whole-body movements. (C) 2015 The Authors. Published by Elsevier Ltd. on behalf of IBRO. This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

    DOI

  • 野球投手が投じる様々な球種の運動学的特徴

    永見 智行, 木村 康宏, 彼末 一之, 矢内 利政

    体育学研究   61 ( 2 ) 589 - 605  2016年

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    In this study, we analyzed the kinematic characteristics of various types of baseball pitches by elite baseball pitchers, and tested a null hypothesis that &ldquo;no type of pitch has the same kinematic characteristics as another.&rdquo;<br>  A high-speed video camera was used to record the initial trajectory of the pitched ball thrown by 84 skilled baseball pitchers. Each pitcher was asked to throw all the different types of pitch he would use in competition and practice, and to self-declare the type of pitch used for each throw. The kinematic characteristics of each pitched ball were analyzed as ball speed, the direction of the spin axis, and the spin rate. A custom-made device was used to analyze the direction of the spin axis and the spin rate, and the ball speed was measured with a radar gun. One-way ANOVA with the Games-Howell post hoc test was used to test the hypothesis.<br>  The total of 364 pitches were categorized into 11 self-declared pitch types. Four of 10 pitch types thrown by more than one pitcher - the four-seam fastball, slider, curveball and cutter - had unique kinematic characteristic distinct from all of the other pitch types. No significant differences were found in any of the kinematic parameters between 1) changeup and sinker, 2) forkball and split-fingered fastball, and 3) two-seam fastball and shoot ball. Therefore, the hypothesis was retained for these 3 pairs of pitch types: although they were kinematically similar, the pitchers categorized them as different types.<br>  When the breaking ball was compared with the four-seam fastball, they were classifiable into 3 types: 1) pitches with a slower ball speed and lower spin rate with a different direction of spin axis (changeup, sinker, forkball and split-fingered fastball), 2) pitches with a slower ball speed, different direction of the spin axis and a spin rate comparable to the four-seam fastball (slider, curveball and cutter), and 3) pitches with a comparable ball speed, similar spin axis direction, and lower spin rate (two-seam fastball and shoot ball). These data revealed that the kinematic characteristics of some pitch types are quite different from those described in baseball coaching handbooks.<br>

    CiNii

  • Interlimb coordination from a psychological perspective

    Muraoka Tetsuro, Nakagawa Kento, Kato Kouki, Qi Weihuang, Kanosue Kazuyuki

    The Journal of Physical Fitness and Sports Medicine   5 ( 5 ) 349 - 359  2016年

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    <p>During coordination of the movement of two limbs, the movements often interfere with each other, i.e., interlimb coordination is constrained. Many movement-related parameters such as movement direction, movement frequency, the coupling of limbs, neural network among limbs, and muscle homology are considered constraints of interlimb coordination, and they are roughly consolidated into two constraints, a neuromuscular constraint, and a perceptual-cognitive constraint. Interlimb coordination is considered to be governed by a coalition of neuromuscular and perceptual-cognitive constraints. On the other hand, spontaneous interlimb coordination is considered purely perceptual in nature. In this review, we focused on an influential study on interlimb coordination published in Nature by Mechsner et al. (2001), which supported the latter psychological approach. Thorough verification of the paper with reference to related studies revealed that no studies have yet proposed decisive contrary evidence against the psychological approach. Rather, investigation of interlimb coordination with perceptual-cognitive perspective has uncovered new findings. As a next psychological approach, the proposal of a unified and predictive explanation for movements is required. In addition, neural mechanisms that connect perceptual-cognitive representation to an appropriate motor command, if any, should be addressed.</p>

    CiNii

  • 04生−26−口−29 走動作の変化がエネルギー代謝に与える影響

    後藤 悠太, 彼末 一之

    日本体育学会大会予稿集   67 ( 0 ) 157_2 - 157_2  2016年

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    <p> 人の自由走行時のステップ長とケイデンスは代謝が最小になるものであると考えられている(Cavanagh et al. 1992)。それらの研究は長距離選手が対象である。長距離選手においては、効率的な動作を獲得した結果、代謝が少ない可能性があり、一般人でも同様かは不明である。そこで、走動作の変化が代謝に及ぼす影響を、ケイデンスを変化させた際の長距離選手と一般人の代謝を比較することで検討した。対象は長距離選手男性10名と、数分間継続して走行できる体力を有する一般男性10名である。測定は1日目にトレッドミルを用いて運動負荷試験を行い、60% HRreserveになる運動強度を決定した。2日目の測定ではトレッドミルの自由走行に加え、自由走行時のケイデンスから± 10%増減させたケイデンスをメトロノームで指示して走行させた。解析の結果、一般人では自由走行時に最も少ない代謝を示した。長距離選手ではケイデンス減少試行において代謝がより高くなる傾向が見られた。以上の事から一般人においても自分が身に付けている走動作では、自由なケイデンスが最も代謝が低くなると考えられる。</p>

    CiNii

  • 04生−25−ポ−02 筋感覚的運動イメージと視覚的運動イメージ中の非対称的な脳活動変化

    水口 暢章, 彼末 一之

    日本体育学会大会予稿集   67 ( 0 ) 159_1 - 159_1  2016年

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    <p> 運動イメージを用いたトレーニングは運動スキルを向上させることできる。運動イメージは筋感覚的運動イメージと視覚的運動イメージに分けることができるが、2種類のイメージ中の第一次運動野と第一次視覚野の興奮性を同時に検討した研究はない。そこで、本研究は14名の被験者を対象に、筋感覚的および視覚的運動イメージ中の第一次視覚野の興奮性を経頭蓋磁気刺激によって誘発されるphospheneの出現確率によって評価した。第一次運動野の興奮性は運動誘発電位の振幅から評価した。イメージする動作は指タッピングとした。その結果、視覚的運動イメージ中には第一次視覚野および第一次運動野の興奮性が安静時と比較して増大した。しかし、筋感覚的運動イメージ中には第一次運動野の興奮性のみしか増大しなかった[交互作用(イメージのモダリティ×脳部位):p<0.05]。これらの結果は、2つのモダリティの運動イメージによって増大する皮質興奮性は非対称的であることを示している。運動イメージ中の神経メカニズムを明らかにすることはより効果的なイメージトレーニング法の開発につながる。</p>

    CiNii

  • Anteroposterior ground reaction force as an indicator of gait alteration during treadmill walking after anterior cruciate ligament reconstruction

    Hoshiba Takuma, Nakata Hiroki, Saho Yasuaki, Kanosue Kazuyuki, Fukubayashi Toru

    The Journal of Physical Fitness and Sports Medicine   5 ( 1 ) 95 - 103  2016年

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    We investigated the weight transferring aspect of gait pattern during treadmill walking and muscle strength of the knee extensors and flexors following unilateral anterior cruciate ligament (ACL) reconstruction surgery. At 6 and 12 postoperative months, 11 patients (six men, five women) walked on a split-belt treadmill with two embedded force plates at their preferred speeds, 20% slower and 20% faster. Seventeen healthy control subjects (nine men, eight women) were also evaluated. Peak values of three components of ground reaction force (vertical, anteroposterior, and mediolateral) were measured bilaterally, and their variabilities were analyzed by coefficients of variation (CVs). The CVs for the anteroposterior forces differed between the reconstructed and contralateral limbs at 6 postoperative months, and this difference disappeared at 12 months. This was not matched by the time course change of quadriceps strength since quadriceps weakness in the reconstructed limb persisted up to 12 months postoperative. These findings suggest that gait alteration in anteroposterior forces may not be caused by quadriceps weakness alone, and the reconstructed and contralateral limbs may compensate for gait execution over the first year following ACL reconstruction surgery.

    CiNii

  • Cut-Off Man Performance Using a Real-time Bird Eye View Feedback System from a Drone

    Miura Satoshi, Hirooka Kazumasa, Matsumoto Yuya, Kobayashi Yo, Fujimoto Hiroshi, Kanosue Kazuyuki, Fujie Masakatsu G

    The ... international conference on advanced mechatronics : toward evolutionary fusion of IT and mechatronics : ICAM : abstracts   2015 ( 6 ) 9 - 10  2015年12月

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    This paper presents a novel sports training system. We developed a visual real-time feedback system that directly transmits a bird's eye view from a drone camera to a player's eyes. Individual physical ability, experience and intuition is important; however, in team sports such as baseball, football and volleyball, players need to perform spatial cognition such that they immediately understand where they, their teammates and their opponents are on the field as if they could see it from a bird's eye view. The objective is to validate the feasibility of the bird's eye view feedback system. In an experiment, nine participants moved and stood between two experimenters as a cut-off man with or without the system. Using the system produced significantly less error than with no system (p < 0.05). In conclusion, this bird's eye view feedback system can improve human spatial cognition.

    CiNii

  • Effects of muscle relaxation on sustained contraction of ipsilateral remote muscle

    Kouki Kato, Tasuku Watanabe, Kazuyuki Kanosue

    Physiological Reports   3 ( 11 )  2015年11月

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    The objective of this study was to clarify the temporal change of muscle activity during relaxation of ipsilateral remote muscles. While participants maintained a constant right wrist extensor isometric force, they dorsiflexed the ipsilateral ankle from resting position or relaxed from dorsiflexed position in response to an audio signal. The wrist extensor force magnitude increased in the 0–400 msec period after the onset of foot contraction compared to that of the resting condition (P &lt
     0.05). On the other hand, wrist extensor force magnitude and electromyographic (EMG) activity decreased in the 0–400 msec period after the onset of ankle dorsiflexion compared to that of the resting condition (P &lt
     0.05). Our findings suggest that foot muscle relaxation induces temporal reduction in hand muscle EMG activity and force magnitude.

    DOI

  • Corticospinal excitability modulation in resting digit muscles during cyclical movement of the digits of the ipsilateral limb

    Tetsuro Muraoka, Masanori Sakamoto, Nobuaki Mizuguchi, Kento Nakagawa, Kazuyuki Kanosue

    FRONTIERS IN HUMAN NEUROSCIENCE   9 ( NOVEMBER )  2015年11月  [査読有り]

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    We investigated how corticospinal excitability of the resting digit muscles was modulated by the digit movement in the ipsilateral limb. Subjects performed cyclical extension-flexion movements of either the right toes or fingers. To determine whether corticospinal excitability of the resting digit muscles was modulated on the basis of movement direction or action coupling between ipsilateral digits, the right forearm was maintained in either the pronated or supinated position. During the movement, the motor evoked potential (MEP) elicited by transcranial magnetic stimulation (TMS) was measured from either the resting right finger extensor and flexor, or toe extensor and flexor. For both finger and toe muscles, independent of forearm position. MEP amplitude of the flexor was greater during ipsilateral digit flexion as compared to extension, and MEP amplitude of the extensor was greater during ipsilateral digit extension as compared to flexion. An exception was that MEP amplitude of the toe flexor with the supinated forearm did not differ between during finger extension and flexion. These findings suggest that digit movement modulates corticospinal excitability of the digits of the ipsilateral limb such that the same action is preferred. Our results provide evidence for a better understanding of neural interactions between ipsilateral limbs, and may thus contribute to neurorehabilitation after a stroke or incomplete spinal cord injury.

    DOI

  • Estimation of the core temperature control during ambient temperature changes and the influence of circadian rhythm and metabolic conditions in mice

    Ken Tokizawa, Tamae Yoda, Yuki Uchida, Kazuyuki Kanosue, Kei Nagashima

    JOURNAL OF THERMAL BIOLOGY   51   47 - 54  2015年07月  [査読有り]

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    It has been speculated that the control of core temperature is modulated by physiological demands. We could not prove the modulation because we did not have a good method to evaluate the control. In the present study, the control of core temperature in mice was assessed by exposing them to various ambient temperatures (T-a), and the influence of circadian rhythm and feeding condition was evaluated. Male ICR mice (n=20) were placed in a box where T-a was increased or decreased from 27 degrees C to 40 degrees C or to -4 degrees C (0.15 degrees C/min) at 0800 and 2000 (daytime and nighttime, respectively). Intra-abdominal temperature (T-core) was monitored by telemetry. The relationship between T-core and T-a was assessed. The range of T-a where T-core was relatively stable (range of normothermia, RNT) and T-core corresponding to the RNT median (regulated T-core) were estimated by model analysis. In fed mice, the regression slope within the RNT was smaller in the nighttime than in the daytime (0.02 and 0.06, respectively), and the regulated T-core was higher in the nighttime than in the daytime (37.5 degrees C and 36.0 degrees C, respectively). In the fasted mice, the slope remained unchanged, and the regulated T-core decreased in the nighttime (0.05 and 35.9 degrees C, respectively), while the slopes in the daytime became greater (0.13). Without the estimating individual thermoregulatory response such as metabolic heat production and skin vasodilation, the analysis of the T-a-T-core relationship could describe the character of the core temperature control. The present results show that the character of the system changes depending on time of day and feeding conditions. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.

    DOI PubMed

  • 児童の疾走速度とピッチ・ストライド・接地時間・滞空時間の関係

    信岡 沙希重, 樋口 貴俊, 中田 大貴, 小川 哲也, 加藤 孝基, 中川 剣人, 土江 寛裕, 礒 繁雄, 彼末 一之

    体育学研究   60 ( 2 ) 497 - 510  2015年

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    The aim of this study was to clarify the relationship between maximal running speed, step frequency, step frequency index, step length, step length index, foot contact time, and aerial time during sprinting in elementary school children. The participants were 335 girls and 352 boys (age: 6 to 12 years) who ran a 50-m sprint race as part of their school fitness test in 2013. Their maximal running speed, step frequency, and step length were calculated from images captured by video cameras (60 frames/second) located at the sides of the lanes. Contact time and aerial time over the distance from 20 m to 30 m were calculated from images captured by high-speed video cameras (300 frames/second) located at the side of the 25-m mark for the lanes. Two-way ANOVA with the Games-Howell procedure was used to test differences among all grades. Two-way ANCOVA was used to test interaction and the main effect of gender and grade on maximal running speed. The Pearson product-moment correlation coefficient (r) and partial correlation coefficient (pr) were calculated to analyze the relationship between maximal running speed, step frequency, stride length, foot contact time, and aerial time. Step length (which was strongly correlated with maximal running speed) showed a strong partial correlation (controlled for age) with maximal running speed. Therefore, it is suggested that step length contributes to not only the increase in running speed with growth, but also individual differences in running speed among the children at the same age. There were slight tendencies for step frequency and foot contact time to increase with growth. However, these factors showed a significant partial correlation (controlled for age) with running speed. Therefore, it was suggested that these factors contribute to individual differences in running speed. The absence of a negative impact of a shorter foot contact time on stride length suggests that the running performance of school children could be improved by decreasing their foot contact time. In order to establish effective methods for augmenting the development of running ability in children, it will be necessary to consider foot contact time and aerial time in addition to step frequency and step length.<br>

    DOI CiNii

  • The effect of fastball backspin rate on baseball hitting accuracy.

    Higuchi Takatoshi, Morohoshi Jun, Nagami Tomoyuki, Nakata Hiroki, Kanosue Kazuyuki

    The effect of fastball backspin rate on baseball hitting accuracy.   29 ( 3 )  2013年

     概要を見る

    :The effectiveness of fastballs of equivalent speed can differ; for example, one element of this difference could be due to the effect of rate and orientation of ball spin on launched ball trajectory. In the present experiment, baseball batters' accuracy in hitting fastballs with different backspin rates at a constant ball velocity of 36 m/s was examined. Thirteen skilled baseball players (professionals, semiprofessionals, and college varsity players) participated in the study. The movements of bat and ball were recorded using two synchronized high-speed video cameras. The Pearson product-moment correlation coefficient (r) was calculated and used to analyze the relationship between ball backspin rate and the vertical distance between ball center and sweet spot at the moment of ball-bat impact. Ball backspin rate was positively correlated with increases in the distance from the optimal contact point of the swung bat (sweet spot) to the actual point of contact (r = .38, P < .001). Batters were most effective at the usual backspin rate for the ball velocity used. The decrease in accuracy of the batter's swing that was observed when the fastball's backspin deviated from the usual rate likely occurred because experienced batters predict ball trajectory from perceived ball speed.

  • Relative importance of different surface regions for thermal comfort in humans

    Mayumi Nakamura, Tamae Yoda, Larry I. Crawshaw, Momoko Kasuga, Yuki Uchida, Ken Tokizawa, Kei Nagashima, Kazuyuki Kanosue

    EUROPEAN JOURNAL OF APPLIED PHYSIOLOGY   113 ( 1 ) 63 - 76  2013年01月  [査読有り]

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    In a previous study, we investigated the contribution of the surface of the face, chest, abdomen, and thigh to thermal comfort by applying local temperature stimulation during whole-body exposure to mild heat or cold. In hot conditions, humans prefer a cool face, and in cold they prefer a warm abdomen. In this study, we extended investigation of regional differences in thermal comfort to the neck, hand, soles, abdomen (Experiment 1), the upper and lower back, upper arm, and abdomen (Experiment 2). The methodology was similar to that used in the previous study. To compare the results of each experiment, we utilized the abdomen as the reference area in these experiments. Thermal comfort feelings were not particularly strong for the limbs and extremities, in spite of the fact that changes in skin temperature induced by local temperature stimulation of the limbs and extremities were always larger than changes that were induced in the more proximal body parts. For the trunk areas, a significant difference in thermal comfort was not observed among the abdomen, and upper and lower back. An exception involved local cooling during whole-body mild cold exposure, wherein the most dominant preference was for a warmer temperature of the abdomen. As for the neck and abdomen, clear differences were observed during local cooling, while no significant difference was observed during local warming. We combined the results for the current and the previous study, and characterized regional differences in thermal comfort and thermal preference for the whole-body surface.

    DOI

  • The effect of fastball backspin rate on baseball hitting accuracy.

    Higuchi Takatoshi, Morohoshi Jun, Nagami Tomoyuki, Nakata Hiroki, Kanosue Kazuyuki

    The effect of fastball backspin rate on baseball hitting accuracy.   29 ( 3 )  2013年  [査読有り]

     概要を見る

    :The effectiveness of fastballs of equivalent speed can differ; for example, one element of this difference could be due to the effect of rate and orientation of ball spin on launched ball trajectory. In the present experiment, baseball batters' accuracy in hitting fastballs with different backspin rates at a constant ball velocity of 36 m/s was examined. Thirteen skilled baseball players (professionals, semiprofessionals, and college varsity players) participated in the study. The movements of bat and ball were recorded using two synchronized high-speed video cameras. The Pearson product-moment correlation coefficient (r) was calculated and used to analyze the relationship between ball backspin rate and the vertical distance between ball center and sweet spot at the moment of ball-bat impact. Ball backspin rate was positively correlated with increases in the distance from the optimal contact point of the swung bat (sweet spot) to the actual point of contact (r = .38, P < .001). Batters were most effective at the usual backspin rate for the ball velocity used. The decrease in accuracy of the batter's swing that was observed when the fastball's backspin deviated from the usual rate likely occurred because experienced batters predict ball trajectory from perceived ball speed.

  • Modulation of corticospinal excitability during acquision of action sequences by observation

    M. Sakamoto, N. Moriyama, N. Mizuguchi, T. Muraoka, K. Kanosue

    PloS One   7(5)e37061  2012年05月  [査読有り]

  • Influence of somatosensory input on corticospinal excitability during motor imagery

    Nobuaki Mizuguchi, Masanori Sakamoto, Tetsuro Muraoka, Noriyoshi Moriyama, Kento Nakagawa, Hiroki Nakata, Kazuyuki Kanosue

    NEUROSCIENCE LETTERS   514 ( 1 ) 127 - 130  2012年04月  [査読有り]

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    Our previous studies showed that corticospinal excitability during imagery of squeezing a foam ball was enhanced by somatosensory input generated by passively holding the ball. In the present study, using the same experimental model, we investigated whether corticospinal excitability was influenced by holding the object with the hand opposite to the imagined hand. Corticospinal excitability was assessed by monitoring motor evoked potentials (MEPs) in the first dorsal interosseous muscle following transcranial magnetic stimulation over the motor cortex during motor imagery. Subjects were asked to imagine squeezing a foam ball with the right hand (experiment 1) or the left hand (experiment 2), while either holding nothing (Null condition), a ball in the right hand (Right condition) or a ball in the left hand (Left condition). The MEPs amplitude during motor imagery was increased, only when the holding hand and the imagined hand were on the same side. These results suggest that performance improvement and rehabilitation exercises will be more effective when somatosensory stimulation and motor imagery are done on the same side. (C) 2012 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

    DOI

  • Effeect of hopping frequency on bilateral differences in leg stiffness

    H. Hobara, K. Inoue, K. Kanosue

    Journal of Applied Biomechanics   ( in press )  2012年

  • Motor imagery and sport performance

    N. Mizuguchi, H. Nakata, Y. Uchida, K. Kanosue

    The Journal of Physical Fitness and Sports Medicine   1(1)   103 - 111  2012年

  • Electromyographic analysis of lower limbs during baseball batting

    H. Nakata, A. Miura, M. Yoshie, K. Kanosue, K. kudo

    Journal of Stregth &amp; Conditioning Research   ( in press )  2012年

  • Dynamic visual acuity in baseball players is due to superior tracking abilities

    Y. Uchida, D. Kudoh, T. Higuchi, M. Honda, K. Kanosue

    Medicine&amp; Science in Sports &amp; Exercise   ( in press )  2012年

  • Factors influencing Artistic Choreography in the Individual Women Category in Aerobic Gymnastics with Special Regard to Transitions

    Ying Liang, Hongbin Tang, Kazuyuki Kanosue

    Medicine &amp; Science in Sports &amp; Exercise   ( in press )  2012年

  • Brain activities during motor imagery of and action with and object

    N. Mizuguchi, H. Nakata, T. Hayashi, M. Sakamoto, T. Muraoka, Y. Uchida, K. Kanosue

    Brain Res.   ( being submitted )  2012年

  • Disturbance i hitting accuracy due to intentional change of target position

    T. Higuchi, J. Norohoshi, T. Nagami, H. Nakata, K. Kanosue

    PloS ONE   ( being submitted )  2012年

  • The influence of activation coupling of corresponding muscles of fingers and toew on the stability of coordinated movements of ipsilateral fingers and toes

    T. Muraoka, M. Sakamoto, N. Mizuguchi, K. Nakagawa, K. Kanosue

    Behavioral Brain Research   ( being submitted )  2012年

  • Acute effects of static stretching on leg-spring behavior during hopping

    Hiroaki Hobara, Koh Inoue, Emika Kato, Kazuyuki Kanosue

    EUROPEAN JOURNAL OF APPLIED PHYSIOLOGY   111 ( 9 ) 2115 - 2121  2011年09月  [査読有り]

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    Despite the fact that a stiffer leg spring is prerequisite for achieving a better performance during sports activities, effects of various types of warm-up on the leg stiffness is not well-known. The purpose of this study was to determine if static stretching influences the leg stiffness during two-legged hopping. Fourteen male subjects performed two-legged hopping at 2.2 Hz before and after a 3-min passive stretching of the triceps surae (dorsiflexion of 30 degrees). Based on a spring-mass model, we calculated leg stiffness, which is defined as the ratio of maximal ground reaction force to maximum center of mass displacement at the middle of the stance phase. It was found that there was no significant difference in leg stiffness after passive static stretching. These results suggest that 3-min passive static stretching does not affect the leg-spring behavior and stiffness regulation during two-legged hopping. Finally, possible explanations for the invariant leg stiffness after the passive stretching are discussed.

    DOI

  • Determination of leg stiff ness during hopping is frequency-dependent

    Hobara H, Inoue K, Omura K, Muraoka T, Kanosue K

    European Journal of Applied Physiology   111   2195 - 2202  2011年  [査読有り]

  • The Spin on Fastballs Thrown by Elite Baseball Oitchers

    T. Nagami, J. Morohoshi, T. Higuchi, H. Nakata, S. Naito, K. Kanosue

    Medicine Science Sports Exercise   43(12)   2321 - 7  2011年  [査読有り]

  • 運動中のハイポトニック飲料の自由摂取が体液および電解質バランスに及ぼす影響

    呉康雄, 樋口満, 彼末一之, 村岡功, 坂本静雄, 鈴木克彦, 光田博充, 仲立貴, 張志動

    スポーツ科学研究   8   144 - 154  2011年

    CiNii

  • Concepts to utilize in describing thermoregulation and neurophysiological evidence for how the system works

    Kazuyuki Kanosue, Larry I. Crawshaw, Kei Nagashima, Tamae Yoda

    EUROPEAN JOURNAL OF APPLIED PHYSIOLOGY   109 ( 1 ) 5 - 11  2010年05月  [査読有り]

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    We would like to emphasize about the system involved with homeostatic maintenance of body temperature. First, the primary mission of the thermoregulatory system is to defend core temperature (T (core)) against changes in ambient temperature (T (a)), the most frequently encountered disturbance for the system. T (a) should be treated as a feedforward input to the system, which has not been adequately recognized by thermal physiologists. Second, homeostatic demands from outside the thermoregulatory system may require or produce an altered T (core), such as fever (demand from the immune system). There are also conditions where some thermoregulatory effectors might be better not recruited due to demands from other homeostatic systems, such as during dehydration or fasting. Third, many experiments have supported the original assertion of Satinoff that multiple thermoregulatory effectors are controlled by different and relatively independent neuronal circuits. However, it would also be of value to be able to characterize strictly regulatory properties of the entire system by providing a clear definition for the level of regulation. Based on the assumption that T (core) is the regulated variable of the thermoregulatory system, regulated T (core) is defined as the T (core) that pertains within the range of normothermic T (a) (Gordon in temperature and toxicology: an integrative, comparative, and environmental approach, CRC Press, Boca Raton, 2005), i.e., the T (a) range in which an animal maintains a stable T (core). The proposed approach would facilitate the categorization and evaluation of how normal biological alterations, physiological stressors, and pathological conditions modify temperature regulation. In any case, of overriding importance is to recognize the means by which an alteration in T (core) (and modification of associated effector activities) increases the overall viability of the organism.

    DOI

  • 一人の女子短距離トップ選手のオリンピックに向けた5年間の取り組みの分析-トレーニング課題の実施・達成状況から-

    信岡沙希重, 礒 繁雄, 五味宏生, 彼末一之

    スポーツパフォーマンス研究   2   73 - 99  2010年

    CiNii

  • Leg stiffness adjustment for a range of hopping frequencies in human

    H. Hobara, K. Inoue, T. Muraoka, S. Iso, K. Kanosue

    Journal of Biomechanics   43(3)   506 - 11  2010年  [査読有り]

  • 野球投手の手指の動作ーボール回転ー軌道の解析

    永見智行, 樋口貴俊, 諸星潤, 矢内利政, 彼末一之

    日本機械学会シンポジウム講演論文集   10-53   36 - 39  2010年

  • 直球ボール回転速度が打撃正確性に及ぼす影響

    樋口貴俊, 諸星潤, 永見智行, 中田大貴, 彼末一之

    日本機械学会シンポジウム講演論文集   10-53   56 - 60  2010年

  • 運動指令の違いが同側二肢協調動作の安定性に与える影響

    中川剣人, 田代哲郎, 小穴幸子, 村岡哲郎, 坂本将基, 彼末一之

    東京体育学研究   2   29 - 33  2010年

  • ランニングにおけるピッチ変化が下肢バネ特性の左右脚差に及ぼす影響

    保原浩明, 井上恒, 彼末一之

    東京体育学研究   2   41 - 44  2010年

  • Combining observation and imagery of an action enhances human corticospinal excitability

    Masanori Sakamoto, Tetsuro Muraoka, Nobuaki Mizuguchi, Kazuyuki Kanosue

    NEUROSCIENCE RESEARCH   65 ( 1 ) 23 - 27  2009年09月  [査読有り]

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    The present study investigated whether combining observation and imagery of an action increased corticospinal excitability over the effects of either manipulation performed alone. Corticospinal excitability was assessed by motor-evoked potentials in the biceps brachii muscle following transcranial magnetic stimulation over the motor cortex during observation, imagery or both. The action utilized was repetitive elbow flexion/extension. Simultaneous observation and imagery of the elbow action facilitated corticospinal excitability as compared to that recorded during observation or imagery alone. However, facilitation due to the combination of observation and imagery was not obtained when the participants imagined the action pattern while they observed the same action presented out of phase. These findings suggest that a combination of observation and imagery can enhance corticospinal excitability. This enhancement depends on phase consistency between the observed and imagined actions. (C) 2009 Elsevier Ireland Ltd and the Japan Neuroscience Society. Ail rights reserved.

    DOI

  • Differences in lower extremity stiffness between endurance trained athletes and untrained subjects.

    H. Hobara, K. Kimura, K. Omuro, K. Gomi, T. Muraoka, M. Sakamoto, K. Kanosue

    Journal of Science and Medicine in Sport   13   106 - 111  2009年

  • Continuous change in spring-mass characteristics during a 400-m sprint.

    H. Hobara, K. Inoue, K. Gomi, M. Sakamoto, T Muraoka, S. Iso, K. Kanosue

    Journal of Science and Medicine in Sport   13   256 - 261  2009年

  • Knee stiffness is a major determinant of leg stiffness during maximal hopping.

    Hobara H, Muraoka T, Omuro K, Gomi K, Sakamoto M, Inoue K, Kanosue K

    Journal of Biomechanics   42   1768 - 71  2009年  [査読有り]

  • M. Sakamoto, T. Muraoka, N. Mizuguchi, and K. Kanosue

    M. Sakamoto, T. Muraoka, N. Mizuguchi, K. Kanosue

    Neuroscience Research   65   23 - 27  2009年

  • Influence of touching an object on corticospinal excitability during motor imagery.

    N. Mizuguchi, M. Sakamoto, T. Muraoka, K. Kanosue

    Experimental Brain Research   196(4)   529 - 35  2009年  [査読有り]

  • Exexution-dependent modulation of corticospinal excitability during motor imagery

    M. Sakamoto, T. Muraoka, N. Mizuguchi, K. Kanosue

    Exp. Brain Res.   199(1)   17 - 25  2009年

  • 野球投手のボールリリース時の手・指の動作とボールコントロールの関係

    永見智行, 諸星潤, 彼末一之

    日本機械学会シンポジウム講演論文集   9-45   51 - 55  2009年

  • スプリント走の加速局面における一流短距離選手のキネティクスに関する研究

    小林海, 土江寛裕, 松尾彰文, 彼末一之, 磯繁雄, 矢内利政, 金久博昭, 福永哲夫, 川上泰雄

    スポーツ科学研究   6   119 - 130  2009年

  • Effects of alcohol on autonomic responses and thermal sensation during cold exposure in humans

    Tamae Yoda, Larry I. Crawshaw, Kumiko Saito, Mayumi Nakamura, Kei Nagashima, Kazuyuki Kanosue

    ALCOHOL   42 ( 3 ) 207 - 212  2008年05月  [査読有り]

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    We investigated the effects of alcohol on thermoregulatory responses and thermal sensations during cold exposure in humans. Eight healthy men (mean age 22.3 +/- 0.7 year) participated in this study. Experiments were conducted twice for each subject at a room temperature of 18 degrees C. After a 30-min resting period, the subject drank either 15% alcohol at a dose of 0.36 g/kg body weight (alcohol session) or an equal volume of distilled water (control session), and remained in a sitting position for another 60 min. Mean skin temperature continued to decrease and was similar in control and alcohol sessions. Metabolic rate was lower in the alcohol session, but the difference did not affect core temperature, which decreased in a similar manner in both alcohol and control sessions (from 36.9 +/- 0.1 degrees C to 36.6 +/- 0.1 degrees C. Whole body sensations of cold and thermal discomfort became successively stronger in the control session, whereas these sensations were both greatly diminished after drinking alcohol. In a previous study we performed in the heat, using a similar protocol, alcohol produced a definite, coordinated effect on all autonomic and sentient heat loss effectors. In the current study in the cold, as compared to responses in the heat, alcohol intake was followed by lesser alterations in autonomic effector responses, but increased changes in sensations of temperature and thermal discomfort. Overall, our results indicate that although alcohol influences thermoregulation in the cold as well as in the heat, detailed aspects of the influence are quite different. (c) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

    DOI

  • Determinants of difference in leg stiffness between endurance- and power-trained athletes

    Hiroaki Hobara, Kozo Kimura, Kohei Omuro, Kouki Gomi, Tetsuro Muraoka, Shigeo Iso, Kazuyuki Kanosue

    JOURNAL OF BIOMECHANICS   41 ( 3 ) 506 - 514  2008年  [査読有り]

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    Understanding the leg and joint stiffness during human movement would provide important information that could be utilized for evaluating sports performance and for injury prevention. In the present study, we examined the determinants of the difference in the leg stiffness between the endurance- trained and power-trained athletes. Seven distance runners and seven power-trained athletes performed in-place hopping, matching metronome beats at 3.0 and 1.5 Hz. Leg and joint stiffness were calculated from kinetic and kinematics data. Electromyographic activity (EMG) was recorded from six leg muscles. At both hopping frequencies, the power-trained athletes demonstrated significantly higher leg stiffness than the distance runners. Hip, knee, and ankle joints were analyzed for stiffness and touchdown angles. Ankle stiffness was significantly greater in the power-trained athletes than the distance runners at 3.0 Hz as was knee stiffness at 1.5 Hz. There was no significant difference in touchdown angle between the DR and PT groups at either hopping frequencies. When significant difference in EMG activity existed between two groups, it was always greater in the distance runners than the power-rained athletes. These results suggest that (1) the difference in leg stiffness between endurance-trained and power-trained athletes is best attributed to increased joint stiffness, and (2) the difference in joint stiffness between the two groups may be attributed to a lack of similarity in the intrinsic stiffness of the muscle-tendon complex rather than in altered neural activity. (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

    DOI

  • 動画像を用いた実投球ボールの画像解析.

    氏原洋輔, 子安大士, 前川仁, 永見智行, 大室康平, 彼末一之

    日本機械学会シンポジウム講演論文集   08-23   78 - 82  2008年

  • A21 一人のプロ野球投手が投げる8種類の投球のボール回転(野球2)

    永見 智行, 小宮山 悟, 彼末 一之, 諸星 潤, 大室 康平, 茶川 剛史, 勝亦 陽一, 氏原 洋輔, 子安 大士, 前川 仁

    ジョイント・シンポジウム講演論文集:スポーツ工学シンポジウム:シンポジウム:ヒューマン・ダイナミックス   2008 ( 0 ) 108 - 111  2008年

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    The authors have recently developed a system for analyzing the spin on a baseball (Koseki et al., 2007). In the present study we analyzed the spin pitched by a professional pitcher. He pitched eight different pitches, each twice, from official pitching mound. The image of ball in the period from just before to 500 ms after the ball release was taken with a high speed video camera at 1000 fps. English alphabets E, M, A, and I were marked on the ball for image processing. Feature points from the image stream were assembled into a set of linear equations that represents orientation change between consecutive two frames by rotation matrix R, and the direction of spin axis and spin rate were obtained. Both values varied considerably depending on pitches. The recording of spin was suggested to be valuable for training if the data could be combined with those of motion analysis.

    DOI CiNii

  • The regional differences in temperature sensation and thermal comfort/discomfort in humans.

    M. Nakamura, T. Yoda, S. Yasuhara, Y. Saito, M. Kasuga, K. Nagashima, L.I.. Crawshaw, K. Kanosue

    J. Appl. Physiol.,   105   1897 - 1906  2008年

  • Effects of muscle cooling on the stiffness of the human gastrocnemius muscle in vivo

    Tetsuro Muraoka, Kohei Omuro, Taku Wakahara, Tadashi Muramatsu, Hiroaki Kanehisa, Tetsuo Fukunaga, Kazuyuki Kanosue

    CELLS TISSUES ORGANS   187 ( 2 ) 152 - 160  2008年  [査読有り]

     概要を見る

    Background/Aims: The effects of muscle cooling on the stiffness of the human gastrocnemius muscle (GAS) were examined in vivo. Methods: The knee joint was passively extended from 90 to 0 degrees (0 degrees = full knee extended position) with a constant ankle angle of 10 degrees dorsiflexed position (0 degrees = the sole of the foot is approximately perpendicular to the anterior margin of the shaft of the tibia) in a control condition (room temperature of 18-23 degrees C) and a cooling condition (muscle temperature decreased by 5.8 +/- 8 1.7 degrees C after cooling using a cold water bath at a temperature of 5-8 degrees C for 60 min). The change in passive Achilles tendon force, muscle fascicle length of GAS and muscle temperature were measured (n = 6) during the motion. Results and Conclusion: GAS stiffness was significantly greater in the cooling condition (20 +/- 8 N/mm) than the control condition (18 +/- 8 N/mm). There was no cooling effect on the muscle slack length, beyond which passive muscle force arises. The maximum passive Achilles tendon force significantly increased by 19 +/- 20% after cooling. These results suggested that cooling increased the passive muscle force due to the increase in the muscle stiffness rather than the shift of the muscle slack length. Copyright (C) 2007 S. Karger AG, Basel.

    DOI

  • 野球のピッチングにおけるボールの画像解析

    小関泰広, 狩野宗徳, 子安大士, 前川 仁, 永見智行, 茶川剛士, 大室康平, 彼末一之

    日本機械学会シンポジウム講演論文集   07-24   91 - 96  2007年

  • 400m走中の脚筋電図測定

    五味宏生, 土江寛裕, 木村孝三, 小林 海, 保原 浩明, 村岡哲郎, 礒 繁雄, 川上泰雄, 福永哲夫, 彼末一之

    スポーツ科学研究   4   9 - 16  2007年

  • The median preoptic nucleus is involved in the activation of heat-escape/cold-seeking behaviour during systemic salt loading in rats.

    Konishi, M, K. Kanosue, K. Nagashima

    Am. J. Physiol.   292   R150 - R159  2007年  [査読有り]

  • Stiffness regulation depending on the visual condition during bouncing gait.

    H. Hobara, K. Inoue, T. Muraoka, K. Kanosue

    Neurosci. Lett.   418   55 - 59  2007年

  • A new system for the analysis of thermal judgments: Multipoint measurements of skin temperatures and temperature-relateld sensations and their joint visualization

    Mayumi Nakamura, Hidenori Esak, Tamae Yoda, Saki Yasuhara, Akiko Kobayashi, Aki Konishi, Naoki Osawa, Kei Nagashima, Larry I. Crawshaw, Kazuyuki Kanosue

    JOURNAL OF PHYSIOLOGICAL SCIENCES   56 ( 6 ) 459 - 464  2006年12月  [査読有り]

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    We report a new system for monitoring sensations of many body parts as well as comprehensively showing the distribution of overall skin temperature (T-sk) and temperature-related sensations. The system consists of a console with 52 levers to report temperature-related sensations and software that facilitates the visualization of the distribution of T-sk and temperature-related sensations by displaying them on a model of the human body. The system's utility was demonstrated with a physiological experiment involving three males and three females. They were exposed to step changes of ambient temperature from 23 degrees C to 33 degrees C. We measured T-sk at 50 points, and the subjects concurrently provided estimates of local temperature sensation and thermal comfort/discomfoq at 25 loci. This system greatly facilitates the perception and analysis of spatial relationships and differences in temperature and sensation in various areas of the body.

    DOI

  • 陸上競技の冬季練習における蒸気温熱シートの有用性

    小田英志, 井垣通人, 吉井圭二, 鈴木敦, 土屋秀一, 礒繁雄, 彼末一之

    スポーツ科学研究   3   48 - 60  2006年

  • Reflex activation of rat fusimotor neurons by body surface cooling, and its dependence on the medullary raph&eacute;.

    M. Tanaka, N..C. Owens, K. Nagashima, K. Kanosue, R.M. McAllen

    J. Physiol.   572   569 - 583  2006年  [査読有り]

  • Effects of warming the lower back with a heat and steam generating sheet on thermoregularoty responses and sensation.

    Oda, H, M. Igaki, T. Ugajin, A. Suzuki, S. Tsuchiya, K. Nagashima, S. Iso, K. Kanosue

    Jpn. J. Biometeor.   43 ( 43 ) 50  2006年

  • Effects of alcohol on thermoregulation during mild heat exposure in humans

    T Yoda, LI Crawshaw, M Nakamura, K Saito, A Konishi, K Nagashima, S Uchida, K Kanosue

    ALCOHOL   36 ( 3 ) 195 - 200  2005年07月  [査読有り]

     概要を見る

    We investigated the effects of alcohol on thermoregulatory responses and thermal sensations during mild heat exposure in humans. Eight healthy men participated in this study. Experiments were conducted twice for each subject at a room temperature of 33 degrees C. After a 30-min resting period, the subject drank either 15% alcohol (alcohol session) at a dose of 0.36 g/kg body weight or equal volume of water (control session). Skin blood flow and chest sweat rate in the alcohol session significantly increased over those in controls 10 min after drinking. Deep body temperature in the alcohol session started to decrease 20 min after the onset of sweating and eventually fell 0.3 degrees C lower than in the controls. Whole body hot sensation transiently increased after alcohol drinking, whereas it changed little after water drinking. The increased "hot" sensation would presumably cause cool-seeking behavior, if permitted. Thus, alcohol influences thermoreaulation so that body core temperature is lowered not only by automatic mechanisms (sweating and skin vasodilation) but also behaviorally. These results suggest that decreases in body temperature after alcohol drinking are not secondary to skin vasodilation, a well-known effect of alcohol, but rather result from a decrease in the regulated body temperature evidenced by the coordinated modulation of various effectors of thermoregulation and sensation. (c) 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.

    DOI

  • 野球のバットスイングの解析 &#8212; 速さか安定性か

    大室康平, 坂元龍斗, 永見智行, 大部隆志, 長谷川伸, 野村徹, 彼末一之

    日本機械学会シンポジウム講演論文集   04-26   108 - 112  2005年

  • The involvement of Cry1 and Cry2 genes in the regulation of the circadian body temperature rhythm in mice.

    Nagashima, K, K. Matsue, M. Konishi, C. Iidaka, K. Miyazaki, N. Ishida, K. Kanosue

    Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol.   288(1)   329 - 335  2005年  [査読有り]

  • Influence of long-term Kendo training on the geometric and mechanical properties of the Achilles tendon.

    Muraoka, T, Muramatsu, T, Kanosue, K, Fukunaga, T, Kanehisa, H

    Int. J. Sport Health Sci.   3   303 - 309  2005年

  • Fos activation in hypothalamic neurons during cold or warm exposure: Projections to periaqueductal gray matter

    K Yoshida, M Konishi, K Nagashima, CB Saper, K Kanosue

    NEUROSCIENCE   133 ( 4 ) 1039 - 1046  2005年  [査読有り]

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    The hypothalamus, especially the preoptic area, plays a crucial role in thermoregulation, and our previous studies showed that the periaqueductal gray matter is important for transmitting efferent signals to thermoregulatory effectors in rats. Neurons responsible for skin vasodilation are located in the lateral portion of the rostral periaqueductal gray matter, and neurons that mediate non-shivering thermogenesis are located in the ventrolateral part of the caudal periaqueductal gray matter. We investigated the distribution of neurons in the rat hypothalamus that are activated by exposure to neutral (26 degrees C), warm (33 degrees C), or cold (10 degrees C) ambient temperature and project to the rostral periaqueductal gray matter or caudal periaqueductal gray matter, by using the immunohistochemical analysis of Fos and a retrograde tracer, cholera toxin-b. When cholera toxin-b was injected into the rostral periaqueductal gray matter, many double-labeled cells were observed in the median preoptic nucleus in warm-exposed rats, but few were seen in cold-exposed rats. On the other hand, when cholera toxin-b was injected into the caudal periaqueductal gray matter, many double-labeled cells were seen in a cell group extending from the dorsomedial nucleus through the dorsal hypothalamic area in cold-exposed rats but few were seen in warm-exposed rats. These results suggest that the rostral periaqueductal gray matter receives input from the median preoptic nucleus neurons activated by warm exposure, and the caudal periaqueductal gray matter receives input from neurons in the dorsomedial nucleus/dorsal hypothalamic area region activated by cold exposure. These efferent pathways provide a substrate for thermoregulatory skin vasomotor response and non-shivering thermogenes is, respectively. (c) 2005 IBRO. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

    DOI

  • Brain activation by thermal stimulation in humans studied with fMRI

    T Yagishita, N Sadato, T Okada, A Taniguchi, M Konishi, K Nagashima, Y Yonekura, K Kanosue

    Environmental Ergonomics   3   17 - 20  2005年  [査読有り]

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    Sensations evoked by innocuous thermal stimulation can be divided into two categories. One is "temperature sensation" in a narrow sense, which is directed towards an object outside the body. The other is the "thermal comfort/discomfort" of the body that is important for thermoregulation. We recently reported rCBF changes in the amygdala which correlated with thermal comfort during whole body cooling (Kanosue et al., 2000). In the present study we investigated the region of brain that is activated by local thermal stimulation of the hand. Eight healthy subjects were recruited and gave written informed consent to participate in the study. Warm (39 degrees C) or cold (25 degrees C) stimuli was applied to the right or left hand for 30 s by using a water circulating tube that covered the whole hand. Each subject reported the magnitude of the stimulus intensity of temperature sensation using a scale from 1 (very cold) to 9 (very hot). All subjects reported hot or cold sensations and not pain. We examined the correlation between the rating scores and regional activity over the entire brain with a 3 Tesla MR imagers (VP, General Electrics, Milwaukee, US). Activation was observed in the contralateral secondary somatosensory cortex in response to both warm and cold stimulation of the hand. No activation was observed in the amygdala. This suggests that temperature sensation and thermal comfort might be generated by completely different structures of the brain.

  • Neurons of the rat preoptic area and the raphe pallidus nucleus innervating the brown adipose tissue express the prostaglandin E receptor subtype EP3

    K Yoshida, K Nakamura, K Matsumura, K Kanosue, M Konig, HJ Thiel, Z Boldogkoi, Toth, I, J Roth, R Gerstberger, T Hubschle

    EUROPEAN JOURNAL OF NEUROSCIENCE   18 ( 7 ) 1848 - 1860  2003年10月  [査読有り]

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    The major effector organ for thermogenesis during inflammation or experimental pyrogen-induced fever in rodents is the brown adipose tissue (BAT). Prostaglandin E2 (PGE(2)) microinjection into the medial preoptic area (POA) of rats leads to hyperthermia through an increase in BAT thermogenesis and induces pyrogenic signal transmission towards the raphe pallidus nucleus (RPa), a brainstem nucleus known to contain sympathetic premotor neurons for BAT control. The medial POA has a high expression of prostaglandin E receptor subtype EP3 (EP3R) on POA neurons, suggesting that these EP3R are main central targets of PGE(2) to mediate BAT thermogenesis. To reveal central command neurons that contain EP3R and polysynaptically project to the BAT, we combined EP3R immunohistochemistry with the detection of transneuronally labelled neurons that were infected after injection of pseudorabies virus into the BAT. Neurons double-labelled with EP3R and viral surface antigens were particularly numerous in two brain regions, the medial POA and the RPa. Of all medial POA neurons that became virally infected 71 h after BAT inoculation, about 40% expressed the EP3R. This subpopulation of POA neurons is the origin of a complete neuronal chain that connects potential PGE(2)-sensitive POA neurons with the BAT. As for the efferent pathway of pyrogenic signal transmission, we hypothesize that neurons of this subpopulation of EP3R expressing POA neurons convey their pyrogenic signals towards the BAT via the RPa. We additionally observed that two-thirds of those RPa neurons that polysynaptically project to the interscapular BAT also expressed the EP3R, suggesting that RPa neurons themselves might possess prostaglandin sensitivity that is able to modulate BAT thermogenesis under febrile conditions.

    DOI

  • Systemic salt loading suppresses heat production and thermoregulatory behaviour in rats during cold exposure

    M. Konishi, K. Nagashima, K. Asano, K. Kanosue

    J. Physiol.   551   713 - 720  2003年

  • Inhibitory projection from the preoptic area to the medullary raph&eacute; for the control of thremoregulatory non-shivering thermogenesis in rats.

    A. Taniguchi, X.-M. Chen, K. Nagashima, M. Tanaka, K. Kanosue

    Brain Research   966   103 - 109  2003年

  • Effects of fasting on thermoregulatory processes and their daily oscillations in rats.

    K. Nagashima, S. Nakai, K. Matsue, M. Tanaka, K. Kanosue

    American Journal of Physiology (Reg. Integ. and comp. Physiol   284   1486 - 1493  2003年  [査読有り]

  • Brain regions expressing Fos by thermoregulatory behavior in rats.

    M. Maruyama, M. Nishi, Y. Takashige, K. Nagashima, T. Kiyohara, K. Kanosue

    American Journal of Physiology (Reg. Integ. and comp. Physiol.)   285   1116 - 1123  2003年  [査読有り]

  • The caudal periaqueductal gray participates in the activation of brown adipose tissue in rats

    XM Chen, M Nishi, A Taniguchi, K Nagashima, M Shibata, K Kanosue

    NEUROSCIENCE LETTERS   331 ( 1 ) 17 - 20  2002年10月  [査読有り]

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    To investigate the involvement of the periaqueductal gray (PAG) in the control of non-shivering thermogenesis, we tested the effects of electrical or chemical stimulation of the PAG on thermogenesis of brown adipose tissue (BAT) in urethane anesthetized rats. Electrical stimulation (0.1 mA, 33 Hz, 0.5 ms) or application of D,L-homocysteic acid (0.5 mM, 0.3 mul) into the lateral region of the caudal PAG (cPAG) elicited BAT thermogenesis, measured as a rise in the local temperature of interscapular BAT. These results suggest that neurons in the cPAG send excitatory efferent signals for BAT thermogenesis. (C) 2002 Elsevier Science Ireland Ltd. All rights reserved.

  • Thermoregulatory control of sympathetic fibers supplying the rat’s tail.

    N.C. Owens, Y. Ootsuka, K. Kanosue, R.M. McAllen

    Journal of Physiology   543 ( 3 ) 849 - 858  2002年09月  [査読有り]

    DOI

  • Role of the medullary raphe in thermoregulatory vasomotor control in rats

    M Tanaka, K Nagashima, RM McAllen, K Kanosue

    JOURNAL OF PHYSIOLOGY-LONDON   540 ( 2 ) 657 - 664  2002年04月  [査読有り]

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    To investigate the involvement of the medullary raphe in thermoregulatory vasomotor control, we chemically manipulated raphe neuronal activity while monitoring the tail vasomotor response to preoptic warming. For comparison, neuronal activity in the rostral ventrolateral medulla (RVLM) was manipulated in similar experiments. Injections Of D,L-homocysteic acid (DLH; 0.5 mm, 0.3 mul) into a restricted region of the ventral medullary raphe suppressed the tail vasodilatation normally elicited by warming the preoptic area to 42degreesC. DLH injection into the RVLM also suppressed the vasodilatation elicited by preoptic warming. Injection of bicuculline (0.5 mm, 0.3 mul) into the same raphe region suppressed the vasodilatation elicited by preoptic warming. Bicuculline injection into the RVLM did not suppress tail vasodilatation. These results suggest that neurones in both the medullary raphe and the RVLM are vasoconstrictor to the tail, but only those in the raphe receive inhibitory input from the preoptic area. That input might be direct and/or indirect (e.g. via the periaqueductal grey matter).

  • Fos expression induced by warming the preoptic area in rats

    K Yoshida, M Maruyama, T Hosono, K Nagashima, Y Fukuda, R Gerstberger, K Kanosue

    BRAIN RESEARCH   933 ( 2 ) 109 - 117  2002年04月  [査読有り]

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    The preoptic area (POA) occupies a crucial position among the structures participating in thermoregulation, but we know little about its efferent projections for controlling various effector responses. In this study, we used an immunohistochemical analysis of Fos expression during local warming of the preoptic area. To avoid the effects of anesthesia or stress, which are known to elicit Fos induction in various brain regions, we used a novel thermode specifically designed for chronic warming of discrete brain structures in freely moving rats. At an ambient temperature of 22 degreesC, local POA warming increased Fos immunoreactivity in the supraoptic nucleus (SON) and the periaqueductal gray matter (PAG). Exposure of animals to an ambient temperature of 5 degreesC induced Fos immunoreactivity in the magnocellular paraventricular nucleus (mPVN) and the dorsomedial region of the hypothalamus (DMH). Concurrent warming of the POA suppressed Fos expression in these areas. These findings suggest that thermal information from the preoptic area sends excitatory signals to the SON and the PAG, and inhibitory signals to the mPVN and the DMH. (C) 2002 Elsevier Science BV All rights reserved.

  • Thermal regulation and comfort during a mild-cold exposure in young Japanese women complaining of unusual coldness

    K Nagashima, T Yoda, T Yagishita, A Taniguchi, T Hosono, K Kanosue

    JOURNAL OF APPLIED PHYSIOLOGY   92 ( 3 ) 1029 - 1035  2002年03月  [査読有り]

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    We examined body core and skin temperatures and thermal comfort in young Japanese women suffering from unusual coldness (C, n=6). They were selected by interview asking whether they often felt severe coldness even in an air-conditioned environment (20-26degreesC) and compared with women not suffering from coldness (N, n=6). Experiments were conducted twice for each subject: 120-min exposure at 23.5degreesC or 29.5degreesC after a 40-min baseline at 29.5degreesC. Mean skin temperature decreased (P&lt;0.05) from 33.6&PLUSMN;0.1&DEG;C (mean &PLUSMN; SE) to 31.1&PLUSMN;0.1&DEG;C and from 33.5&PLUSMN;0.1&DEG;C to 31.1&PLUSMN;0.1&DEG;C in C and N during the 23.5&DEG;C exposure. Fingertip temperature in C decreased more than in N (P&lt;0.05; from 35.2+/-0.1degreesC to 23.6+/-0.2degreesC and from 35.5+/-0.1degreesC to 25.6+/-0.6degreesC). Those temperatures during the 29.5degreesC exposure remained at the baseline levels. Rectal temperature during the 23.5degreesC exposure was maintained at the baseline level in both groups (from 36.9+/-0.2degreesC to 36.8+/-0.1degreesC and 37.1+/-0.1degreesC to 37.0+/-0.1degreesC in C and N). The rating scores of cold discomfort for both the body and extremities were greater (P&lt;0.05) in C than in N. Thus the augmented thermal sensitivity of the body to cold and activated vasoconstriction of the extremities during cold exposure could be the mechanism for the severe coldness felt in C.

    DOI

  • Involvement of the suprachiasmatic nucleus in body temperature modulation by food deprivation in rats

    S Liu, XM Chen, T Yoda, K Nagashima, Y Fukuda, K Kanosue

    BRAIN RESEARCH   929 ( 1 ) 26 - 36  2002年03月  [査読有り]

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    Recently we found that food-deprived rats kept under a light-dark cycle showed a progressive reduction in body temperature during the light phase on each subsequent day while body temperature in the dark phase did not differ from baseline values. In this study, we investigated the effect of lesioning the hypothalamic suprachiasmatic nucleus (SCN) on body temperature modulation by food deprivation. In the SCN-lesioned rats in which daily rhythms of body temperature and activity were abolished, body temperature was unchanged by food deprivation. We also examined the effect of food deprivation on the daily changes in Fos expression in the SCN. Under normal fed conditions the number of SCN cells expressing Fos is high during the day and low at night. Food deprivation attenuated the amplitude of this daily change in Fos expression in the SCN. This tendency was prominent in the dorsal part of the SCN. while the ventral part showed no effect of food deprivation. These findings suggest that the SCN plays some role in body temperature modulation due to food deprivation. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

  • 温熱的快・不快感(暑さ・寒さ)とは

    彼末一之, 永島 計, 谷口あき, 小西正博

    繊維製品消費科学     159 - 164  2002年

  • Systemic salt loading activates heat-escape/cold-seeking behavior via the central V1 and AT1 receptors in rats.

    M. Konishi, K. Nagashima, K. Kanosue

    J. Physiol.   545   289 - 296  2002年

  • Systemic salt loading activates heat-escape/cold-seeking behavior via the central V1 and AT1 receptors in rats.

    Journal of Physiology   545  2002年

  • Brain activation by whole body cooling studied with functional magnetic resonace imaging.

    Kanosue, K, N. Sadato, T. Okada, T. Yoda, S. Nakai, K. Yoshida, T. Hosono, K. Nagashima, T. Yagishita, O. Inoue, K. Kobayashi, Y. Yonekura

    Neurosci. Lett.   329(2)   157 - 160  2002年  [査読有り]

  • 視床下部と体温調節

    彼末一之, 永島 計, 吉田恭子, 田中睦美, 谷口あき, 細野剛良

    Clinical Neuroscience   19   47 - 49  2001年

  • The central organization of the thermoregulatory system.

    Kanosue, K, K. Yoshida, M. Maruyama, K. Nagashima

    In Thermotherapy: Principles and Practice (Eds. M. Kosaka and E. Simon)   Springer, Tokyo,   2 - 11  2001年

    CiNii

  • Increased heat-escape/cold-seeking behavior following hypertonic saline injection in rats.

    Nagashima,K, Nakai, S, Konishi, M, Liu, S. Kanosue, K

    Am. J. Physiol. 280(Reg. Integ. Comp. Physiol.)   280   1031 - 1036  2001年  [査読有り]

  • Hypothalamic region facilitating shivering in rats.

    M. Tanaka, M. Tonouchi, T. Hosono, K. Nagashima, M. Yanase-Fujiwara, K. Kanosue

    Jpn. J. Physiol.   51(5).   625 - 629  2001年  [査読有り]

  • Glossary terms for thermal physiology (3rd Ed.)

    As a member of, the, Commission, for Thermal Physiology of, the, International, Union of, Physiological Sciences

    The Japanese Journal of Physiology   ( 51 )  2001年

  • Effects of estrogen on thermoregulatory tail vasomotion and heat escape behavior in freely moving female rats.

    Hosono, T, X.-M. Chen, A. Miyatsuji, T. Yoda, K. Yoshida, M. Yanase-Fujiwara, K. Kanosue

    Am. J. Physiol. (Reg. Integ. Comp. Physiol.)   280   1341 - 1347  2001年  [査読有り]

  • 生存のための脳機能

    彼末一之

    BME    2000年

  • 温熱的情動感覚(暑さ・寒さ)の脳機構

    彼末一之, 永島 計, 八木下知子, 谷口あき, 細野剛良

    ジョイントシンポジウム 生活の場における温度・湿度と人間 講演論文集     33 - 36  2000年

  • Neuronal organizations for thermoregulation.

    Nagashima, K, S. Nakai, M. Tanaka, K. Kanosue

    Aut. Neurosci.   ( 85 ) 18 - 25  2000年

  • Effects of food deprivation on daily changes in body temperature and behavioral thermoregulation in rats.

    Yoda, T, L. I. Crawshaw, K. Yoshida, T. Hosono, S. Liu, O. Shido, S. Sakurada, Y. Fukuda, K. Kanosue

    Am. J. Physiol. (Reg. Integ. Comp. Physiol.)   278   134 - 139  2000年  [査読有り]

  • Autonomic and behavioral thermoregulation in starved rats.

    Sakurada, S, O. Shido, N. Sugimoto, T. Yoda, K. Kanosue

    J. Physiol   526   417 - 425  2000年  [査読有り]

  • 一人の女子短距離トップ選手のオリンピックに向けた5年間の取り組みの分析:トレーニング課題の実施・達成状況から

    信岡沙希重, 磯繁雄, 五味宏生, 彼末一之

    スポーツパフォーマンス研究   2   73 - 100

  • Object-specific modulation of corticospinal excitability during motor imagery of actions with objects.

    N. Mizuguchi, M. Sakamoto, T. Muraoka, S. Naito, K. Kanosue

    PLoS ONE   6(10)e26006

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書籍等出版物

  • 環境生理学

    本間研一, 彼末一之

    北海道大学出版会  2007年

  • Physiological responses to warming the lumbar region with heat and steam generating sheets in human.

    Oda, H, Igaki, M, Suzuki, A, Tsuchiya, S, Nagashima, Y, Yada, Y, Kanosue, K

    Proceedings of ICHES 2005  2005年

  • A new system for the analysis of thermal judgments: multi-point measurement of skin temperatures, thermal sensations, thermal affect, and their joint visualization

    Nakamura, M, H. Esaki, N. Osawa, A. Kobayashi, A. Konishi, S. Yasuhara, K. Nagashima, K. Kanosue

    Proceedings of ICHES 2005  2005年

  • 熱バランスと体温調節,「カラー図解よくわかる生理学の基礎 9章」

    彼末一之, 小西あき

    メディカル・サイエンス・インターナショナル  2005年

  • 神経と筋,身体運動,「カラー図解よくわかる生理学の基礎 2章」

    彼末一之, 小西あき

    メディカル・サイエンス・インターナショナル  2005年

  • やさしい生理学【改訂第5版】

    森本武利, 彼末一之

    南江堂  2005年

  • 電気回路の基礎 スタンダード生理学 付録(安藤、彼末、松川、二宮編)

    彼末一之

    文光堂  2002年

  • 体温・エネルギー代謝 スタンダード生理学 第12章(安藤、彼末、松川、二宮編)

    彼末一之

    文光堂  2002年

  • 体温調節中枢からみた自律分散型調節システム 「体温─運動時の体温調節システムと修飾要因」(平田、井上、近藤編)

    彼末 一之, 永島 計, 谷口 あき, 小西 正博

    ナップ、東京  2002年

  • 運動生理・生化学事典(担当:エントロピー、フィードバック(制御)、ホメオスタシス、温度感覚、温度受容器、交叉適応、高体温、体温、体温調節)(大野ら編)

    彼末一之

    大修館  2001年

  • 運動をすると暑さ寒さに強くなるのか 運動と遺伝(大野、及川、石井編)

    依田珠江, 彼末一之

    大修館、  2001年

  • 脳と体温(暑熱・寒冷環境との戦い) ブレインサイエンスシリーズ23(大村、中川編)

    彼末一之, 中島敏博

    共立出版  2000年

  • 体温とその調節 標準生理学13章(本郷、広重監修)

    彼末一之

    医学書院  2000年

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受賞

  • ME学会論文賞

    1983年  

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 運動イメージと協調運動の脳機構に基づくスキー技術の学習支援システム構築

    研究期間:

    2018年04月
    -
    2022年03月
     

     概要を見る

    脳神経科学的な視点をス ポーツの指導/学習に取り入れることを目指し、その研究モデルとして日常にはない複雑な動作の習得が必要なスキーを取り上げる。先ずスキー滑走時の様々なパラメータを総合的に測定する系を確立する。そして、「運動イメ ージ」と「協調運動」についての知見に基づき、リアルタイムフィードバックを中心としたスキー技術の学習を 支援する手法を開発する。本研究はこれまで経験に頼りがちであったスキー指導に科学的根拠を与えてくれる。本年度は冬に行う測定が雪や天候の影響を強く受けるので、夏にサマーゲレンデで測定を行い。冬のデータと比較することで、サマーゲレンデの特徴、また雪上でのスキーと共通する知見が得られるかを検討した。実験は,ウイングヒルズ白鳥リゾート(岐阜県)にて行われた.ここは樹枝状の突起物をマットを用い,スキー板のエッジに対して抵抗を作り出し,ターン動作を可能にするようになっている.使用コースは全長1000m,平均傾斜12 °,最大傾斜15 °の初心者コースであった。一流のスキーヤーを被験者として「小回り」を行ったときの脚筋電図、足圧測定とビデオ撮影を行った。本研究に先立って,冬季の測定を雪上にて行ったが,足圧に関しては雪上とサマーゲレンデで同様の結果を示した,筋活動についてはさらに検討していく必要があるが,サマーゲレンデで得られた本研究の知見は,雪上でのスキー指導に還元することができると考えられる.また,本研究を通して,サマーゲレンデという環境が測定実験として好ましい条件を多く持っていることが明らかになった。本研究で,サマースキーゲレンデにおけるスキー滑走を多角的な指標から解析することができた.また,基礎スキーと競技スキーという異なる性質を持つスキーヤーの動作的特徴を検討するための指標の一つとして,足圧の変化が有用である可能性が示唆された.本年度の予定では、1)夏のゲレンデにおける測定の妥当性の検討、2)冬のゲレンデでの本格的測定、3)スキーヤーが滑走直後に自分の滑りを検討できるような、ビデオ遅延再生システムの開発、以上の3点であったが、2)については2月、3月の新型コロナウイルス渦の影響で実施することが出来ず、次年度に繰り延べとなった。夏のゲレンデでの測定は予想以上に良いデータを得ることが出来た。冬の雪上での滑りと感覚的には違いはなく、条件を一定に出来るという点では雪上よりよいことが分かり、2020年、21年度はサマーゲレンデでの測定を中心に研究を進めることにした。ビデオ遅延再生システムはソニーとの共同開発でプロトタイプが完成した。これを使うことで、スキーヤーは滑走直後に自分の滑りを観察することができる。ただし、スキーゲレンデは広いのでスキーヤーを同じ画角で捉え続けることができない。そこで、次年度はこの点を改良して自動ズーム装置を装備できるように改良を加える予定である。2020年度、21年度は本年度の測定でその有効性が確かめられた夏のサマーゲレンデでの測定を中心に研究を行う。ただし、ゲレンデでの実験には「密」状態での移動が不可避である。新型コロナウイルス渦の影響で実験が全くできなくなる可能性もある。そこで、追加の実験として実験室や大学キャンパス内に臨時に接地した簡易ゲレンデ(サマーゲレンデと同じ材質)での基礎的な実験を行うことも検討している。遅延再生システムについてはすでに自動追尾システムのβ版が完成しつつある。ただし、これも新型コロナウイルス渦のために遅れる可能性も考えられる。ただし、極力21年度中には完成できるようにする

  • ランニングの新しい概念に基づく正しい走動作獲得法の開発

    研究期間:

    2019年06月
    -
    2021年03月
     

     概要を見る

    走能力は生まれつきの素質によると広く考えられている。足の速い子は運動有能感を持ち、足が遅いことはスポーツ嫌いを生む要因ともなる。しかし申請者らの最近の研究によれば子どもの疾走能力はランニングフォーム(技術)と強く関係する。本研究の目的は「正しいランニングフォーム」の重要性を検証、そ れを身につける方法を確立して「走能力は生まれつきの素質による」というドグマを打ち 破ることである。走ることが苦手な子どもや成人に正しいフォームを指導してその前後における疾走速度(短距離走能力 )やエネルギー効率(長距離走能力)の変化などを解析する。本研究は、アスリートの競技力向上に資する4つのテーマのうち、①よい動作の体感・実践に関係するプロジェクトである。ヒトは2歳~3歳には走れるようになるが、能力には大きな個人差がある。そのため走能力は生まれつきの素質によると広く考えられているが、疾走能力はランニングフォーム(技術)と強く関係することが初年度からの2年間による研究で明らかになってきた。最近陸上短距離選手が特徴的な「走速度-ケイデンス(単位時間当たりの歩数)-ステップ長(一歩の大きさ)の関係(V-C-S特性)」を持つことが報告されている。このV-C-S特性は高いスピードを発揮するための「正しいランニングフォーム」を獲得した結果であると考えられる。この特性の獲得過程を明らかにする事はランニング指導(特に走りが苦手な子ども)に役立つと考えられる。本年度の実績概要は以下の通りである。これまで1~10才児の幼児・児童の測定を行ってきた。本年度までの研究によって10才児頃までに成人のV-C-S特性に近づいていく可能性が示唆されたが、具体的な時期を明らかにする事ができなかった。そこで、本年度はこれまで測定した被験者の縦断的な測定および10歳以上の児童の測定を行う事で、V-C-S特性の形成について明らかにする事を目的とした。縦断研究では、初回測定で幼児~低学年だった被験者について行ったが、各年代におけるデータはこれまでの横断的測定で得られたデータ(10歳程度まではケイデンスの増加が主)と同様な傾向が得られた(図1)。しかし、これの結果は成人のようなV-C-S特性が形成される時期・要因を特定するためには及ばないため、今後も縦断的な測定を行う予定である。合わせて、これらの変化に個人の運動習慣がどのように影響していくかを検討する。本年度の研究で発育発達に伴う走運動の特性(V-C-S特性)は発達段階に応じて特徴的な傾向を示す一方で、ある時期を境に成人の走運動特性に近づいていく事が明らかになった。幼児・児童期(あるいはそれ以降)の運動経験(陸上競技以外も含む)が走運動特性の形成に及ぼす影響は今後の研究課題だが、この走運動特性は個人の走運動能力を評価する上で有用かもしれない。特に、この特性に応じたランニング指導は走るのが苦手な児童の動作改善に有効であると考えられる。今後は走運動能力とV-C-S特性の関係を測定し、より効果的な運動プログラムを考案する必要がある。ただし、発育・発達過程にある子どもでは成人で有効と考えられるトレーニングなどがそのままは応用できないので、怪我のリスクなども考慮して具体的にどのような運動プログラムが必要かを次年度は検討する。2020年度は新型コロナウイルス渦の影響が考えられるので、研究を予定通り進める努力をする一方で、実験が出来ない場合を想定して、これまで取得したデータをより詳細に解析することも合わせて行う。今後のV-C-S特性の競技経験、年齢などを包含するような原理を得るために、今後陸上競技選手の走行中の筋活動を測定する。それらのデータから、V-C-S特性におけるケイデンスとステップ長の相対的な寄与の変化と筋活動のパターンの変化が一致するか否かを検討する。これらのデータは今後のランニングフォームとV-C-S特性の関係解析に応用していく予定であり、ランニングの指導を行う上でも有益な知見になるだろう。長距離選手(特に専門家がフォームが悪いと判断する群)に「正しいフォーム」を指導し、その前後における疾走速度(短距離走能力)とエネルギー効率(長距離走能力)、V-C-S特性を測定する。この実験は検者と被験者の予定が合わず本年度実施が困難だった。しかし、今後のランニングフォームの指導において重要な要素になるかと思われるので2020年度後の研究で実施する予定である

  • スポーツスキル学習における運動イメージの役割と脳機構の解析

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(A))

    研究期間:

    2014年
    -
    2017年
     

  • 弓道の離れをモデルとした筋弛緩制御の脳機構解析

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(挑戦的萌芽研究)

    研究期間:

    2015年
    -
    2016年
     

  • 一流野球選手の眼球運動と視覚認知能力の解析

    研究期間:

    2012年04月
    -
    2014年03月
     

     概要を見る

    野球の投手が投げる140km/hのボールを打者から見ると、その角速度は1000deg/sを超える。それでも、一流打者はいとも簡単にボールを打つことができる。このことは野球選手が近く認知能力に優れていることを示している。本研究ではこの能力を明らかにするため、一流打者の眼球運動-知覚系の特例を検討した。その結果、野球選手は高い眼球運動速度を持ち、これが優れた認知能力の基礎となっていることが明らかになった。また、打者がどのような視覚情報を使っているかを、打撃時に視界遮蔽を行って検討した結果、打者はボールリリースから150ms程度のごく初期の視覚情報を使っていることが明らかとなった

  • 全身協調動作を誘発する福祉支援ロボットの制御手法の開発

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(A))

    研究期間:

    2011年
    -
    2013年
     

     概要を見る

    超高齢社会の到来に伴い,動作支援ロボットに対する社会的ニーズは急速に拡大している.しかし,動作支援ロボットでは,支援する関節・筋の生体情報のみを利用してロボットの動作を決定しているため,全身協調運動に与える影響は十分に検討されていない.本研究では,ロボット使用者の全身の動作が協調されることが可能なロボットの制御則の構築に向け,課題を大きく以下の3つに分けて取り組んだ.(1)ヒトの全身協調動作モデルの構築,(2)生活動作における被介助者の全身動作の最適化,(3)介助ロボットの動作生成.そして,用途の異なる複数のロボット対し上記の3つの課題に基づき,全身協調動作を誘発するロボットの開発を目指した.

  • ミラーシステムに注目した全身運動学習の脳機構解析

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(B))

    研究期間:

    2009年
    -
    2011年
     

     概要を見る

    できない動作を観察やイメージした場合、脳はどのような反応が見られるのかについて検討した。後方宙返りのイメージを行っているときに、一次運動野へ経頭蓋的磁気刺激を加え、大腿の筋から得られる誘発筋電図を記録した。後方宙返りができる被験者では安静時より大きな誘発筋電図が得られるが、出来ない被験者では変化がなかった。つまり、出来ない運動はイメージもできないのである。さらにトレーニングで後方宙返りができるようになると誘発筋電図にも変化が現れた、つまりイメージもできるようになった。

  • 脱水時に見られる体温調節変化のメカニズムの全容解析

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(B))

    研究期間:

    2008年
    -
    2011年
     

     概要を見る

    脱水は自律性体温調節反応をつよく抑制することが知られており、熱中症の一つの誘因であると考えられている。しかし、この中枢メカニズムは明らかになっていない。また、温熱的不快感や暑熱逃避行動で評価される行動性体温調節に対する影響も明らかではなかった。本研究は、脳の浸透圧感受部位として視床下部正中視索前野が重要であり、さらに同部から内側視索前野(中枢の感度感受性部位)への抑制情報が脱水時の自律性皮膚血管抑制反応に強く関与していることを明らかにした。また、マウスの行動性体温調節は、脱水時に見られる血漿高浸透圧の影響により抑制され、人においても温熱感覚を減弱させることを明らかにした。以上の成果は、熱中症の発生メカニズムの一部を明らかにした。

  • スポーツシューズ着用に関する生理学的研究

    研究期間:

    2007年
    -
     
     

  • 蒸気温熱の生理学的効果の明確化

    研究期間:

    2004年
    -
     
     

  • 視床下部背内側核の体温調節における機能的接続の解明

    科学研究費助成事業(大阪大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(B))

    研究期間:

    2003年
    -
    2004年
     

     概要を見る

    体温のホメオスタシス調節は神経系で行われているにも関わらず、それに関する理解は断片的なものに限られている.とくに体温調節における温度感受部位、また求心路、遠心路の接点として重要な視索前野からの遠心性神経回路については情報がほとんど欠如していた.最近申請者らはラットの個々の体温調節効果器反応に関わる遠心路を解析する一連の研究を行った.その結果、遠心路内における視床下部背内側核(DMH)の重要性が明らかになってきた.そこで本研究では主として従来体温調節中枢と考えられている視束前野とDMHの接続について検討した.実験はすべてWistar系のラットを用いた.DMHにCholera toxin-b(CTb)を注入した.3〜7日の生存期間の後、本実験として高温(35℃)あるいは低温(10℃)の環境温に1時間暴露を1時間行い、温度刺激終了30分後に環流して脳を取り出す.そしてFosとCTbの免疫組織学的二重染色を行う.両方に染まったDMHニューロンはCTb注入部位に投射し、温度信号を受けていると考えられる.以上の結果、正中視束前野(MnPO)にCTbと暑熱暴露時にFosが共存するニューロンが密に観察された.寒冷暴露時には二重染色されたニューロンはMnPOには存在しなかった.以上の結果はMnPOには暑熱時に活動を増し、DMHに投射するニューロンが存ざいすることを示唆する.これまで、DMHは寒冷暴露時に活動するニューロンがあるので、この結果はPOからDMHに抑制性の単シナプス性接続をしていることが示唆される.

  • 「冷え症」の生理学的機序の研究

    科学研究費助成事業(大阪大学)  科学研究費助成事業(萌芽研究)

    研究期間:

    2002年
    -
    2003年
     

     概要を見る

    「冷え性」は一般に良く使われているが、その病態はほとんど研究されていない.これまで行われているのは主として漢方医学の方面からのアプローチで、そこでは「末梢血管運動障害」と捉えられることが多い.本研究では冷え性の病態を生理学的に明らかにすることを目的に実験を行った。あらかじめインタビューから冷え症と考えている女性を中程度の寒冷(23℃)に曝露すると、冷え症ではない女性に比べて同じ深部温、皮膚温の条件でもより強く「寒さ」を申告した.また冷え症の女性は甲状腺ホルモン(T4)が正常範囲ではあるが非冷え症群に比べて低く、代謝量も低い傾向にあった.つまり「冷え症」の女性は正常範囲とはいえ、甲状腺機能が低下している.その結果代謝量(熱産生量)が低くなる.すると体温を維持するために2つの反応が起こる.(1)熱放散を抑えるために皮膚血管が収縮する.これは特に動静脈吻合の発達した四肢末端部(手足)から起こる.皮膚血管の収縮は皮膚温の低下を招き、その結果末梢部で「冷え」を感ずるようになる.(2)一方、自律系による体温の調節不全(代謝量低下)は代償的に体温調節行動(寒冷逃避行動)を促進する.それは寒冷への感覚の感度亢進という形で現れるであろう.以上のように冷え性は代謝の低下に対する適応反応と考えられる。一人で生活する場であれば、温度環境をその人にとって快適に設定することは可能である.しかし多人数が同じ空間を共有する公共の場では温度環境は平均的な人たちにとっての快適なものに設定されがちである.すると少数グループになるであろう「低代謝」の人たちは冷え症を訴える結果になる.公共の場の環境設定にも個人差を考慮することが必要である。

  • 視束前野から体温調節効果器への遠心性経路の全容解明

    科学研究費助成事業(大阪大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(A))

    研究期間:

    2000年
    -
    2002年
     

     概要を見る

    体温のホメオスタシス調節は神経系で行われているにも関わらず、それに関する理解は断片的なものに限られている.その大きな原因は体温調節の神経回路がほとんど明らかになっていないことである.とくに体温調節における温度感受部位、また求心路、遠心路の接点として重要な視束前野からの遠心性神経回路については情報が全く欠如していた.本研究の目的はラットの自律性体温調節効果器へのPOからの遠心性経路を完全に確定することである.00年度は次年度以降の実験のための無麻酔・無拘束ラットの視束前野温度刺激システムの作製を主に行った.実験はWistar系のラットを用いた.(1)水環流式熱極を慢性的に脳に埋め込み、(2)動物が回転すると床が逆方向に同じ角度回転するケージを用いて、少なくとも4〜5時間無麻酔、無拘束の条件下で脳の局所加温、冷却が出来るように実験系を組んだ.01年度はこれを用いて視束前野加温、冷却時の脳内Fos発現部位を検索した.その結果加温時には熱極付近に高密度のFos発現が観察されたが、冷却時にはFos発現は見られなかった.この結果は視束前野には主として温感受性ニューロンが存在しており、冷却時の体温調節反応は温ニューロンの抑制によるものであることを直接的に示すものである.02年度は視床下部から中脳中心灰白質への投射について逆行性のトレーサ(CTb)と暑熱・寒冷暴露時のFos発現を解析することで検討した.皮膚血管運動調節に関係する吻側の中脳中心灰白質にCTbを投与した場合には暑熱に暴露したときのみFosとCTbの二重染色が正中視策前野で観察された.一方非ふるえ熱産生に関係する尾側の中脳中心灰白質にCTbを投与した場合には寒冷に暴露したときのみFosとCTbの二重染色が背側視床下部で観察された.

  • 温熱的情動感覚(行動性体温調節)解析系の開発

    科学研究費助成事業(大阪大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(B))

    研究期間:

    1999年
    -
    2000年
     

     概要を見る

    温室効果ガスによる地球温暖化が人類の大きな問題となっている.またヒートアイランド現象による都市の高温化も毎年のように取り上げられる.都市部においてはクーラーの廃熱でますます気温が上昇しさらにクーラーの利用が増すという悪循環が生ずる.ところで、クーラーをつけるのは「暑い」からである.同様に暖房を入れるのは「寒い」からである.「暑い・寒い」という温熱的情動感覚は行動性体温調節の動因となる.行動性調節は自律性調節(ふるえ、発汗等)と相補って体温のホメオスタシス維持に働く.行動性調節(及びそれを引き起こす温熱的情動感覚)の研究は自律性調節のそれに比べて著しく立ち後れ、その多くは行動をマクロに観察する段階に留まっている.その大きな原因は適当な実験モデルがないことにあった.本研究では温熱的情動感覚(行動性体温調節)の神経機構を解析する実験系を開発した.特に、ヒトと動物での並行した解析を大きな目標に2年間で以下の検討を行った.1)ヒトの脳研究に大きな力を発揮するfMRIを用いて、温熱的情動感覚に関連した脳部位を明らかに出来るような実験系を開発した.2)そのための心理物理学的解析を行えるような全身温度刺激装置を製作、それを用いてヒトに刺激を与えたときのfMRI像を実際に記録して有用性を確認した.3)動物が容易に学習することの出来る行動性体温調節システムを開発した.4)その系を用いて、行動性体温調節に脳のどの部位が関係しているかの予備的なデータを採取した.

  • 視床下部の体温調節機能モジュール仮説の検討

    科学研究費助成事業(大阪大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(B))

    研究期間:

    1997年
    -
    1999年
     

     概要を見る

    恒温動物の体温は多くの効果器系を動員して調節される。しかし、体温調節に関係した神経回路網は全くと言って良いほど不明でる。視床下部特に視束前野は体温調節の最高位中枢として温度情報の"統合"を行い、特に局所加温で活動が変化する温度感受性ニューロンが重要であると漠然と考えられている。申請者らは最近視束前野は個々の効果器反応を調節する独立な神経モジュールの集まりであるという仮説を提案した。本研究の目的はこの仮説をもとに体温調節神経回路を解析することである。初年度は非ふるえ熱産生の視床下部内回路について検討した。ウレタン麻酔下のラットの肩胛骨間褐色脂肪組織(BAT)温度を測定した。先ず腹内側核・背内側核を刺激してBAT温が上昇することを確認の後、視束前野を加温しながら同じ刺激をしてもBAT温上昇は起こらなかった。同じことは視束前野への興奮生アミノ酸DLH投与でも観察された。この結果は視束前野の温ニューロンが腹内側核・背内側核に抑制性信号を送ることを意味する。10年度後視床下部のふるえを促進する細胞体が存在するか否かを検討した。後視床下部にムシモールを投与するとふるえは抑制された。この部位にふるえに促進的に働くニューロンが存在することを示唆する。12年度は中脳が非ふるえ熱産生調節にどう働くかを検討した。中脳の種々の部位に興奮生アミノ酸であるD,L-ホモシステイン酸(DLH)を投与してその時の肩胛骨褐色脂肪組織(BAT)の温度変化を観察した。その結果中脳中心灰白質腹則部の特に尾側部にDLH投与でBATの熱産生が促進する部位のあることが明らかになった。また最近非ふるえ熱産生調節に関係していると示唆されている延髄縫線核に逆行性のトレーサーのコレラトキシンBを注入すると中脳中心灰白質にラベルされる細胞が見いだされた。中脳の促進部位からは延髄の縫線核を経由して非ふるえ熱産生調節が働いていると示唆される。

  • 行動性体温調節の脳内機序の比較生理学的解析。

    科学研究費助成事業(大阪大学)  科学研究費助成事業(国際学術研究)

    研究期間:

    1997年
    -
    1998年
     

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    体温のホメオスタシスは自律性調節と行動性調節が有機的に統合されて維持されている.行動性体温調節は自律性調節より系統発生的には古い.しかし行動によって一度良好な温熱環境が得られればエネルギーや水分などを消耗しないという点で有利で、ゆえに一般に自律性調節に先立って発動される.つまり体温調節機構の総合的な理解のためには行動性調節の解析は不可欠である.自律性体温調節の神経機構が研究代表者らの解(Kanosue et al.,1996)により明らかになりつつあるのに対し、行動性体温調節のそれは全くと言って良いほど不明である.本研究では体温調節行動を比較生理学的に検討し、どのような情報が脳のどこで、どのように処理されるかを解析するのが目的である.平成9年度は動物が自然な状態で学習できる行動性体温調節解析システムを開発し、特にラットを用いてその有効性を確認した.平成10年度は日本のグループは昨年度開発した行動性体温調節解析装置を用いて、ラットが絶食時にどのような体温調節行動を示すかを解析した.その結果、ラットの活動期には正常時と行動に差はなく体温も正常であるが、非活動期には体温が低下し、対寒反応は促進した.これは暖かい環境にいることにより、熱損失、つまりエネルギー損失を少なく抑えるための戦略であろうと考えられる.対応する実験をCrawshawは魚類(金魚)で行ったが絶食でも体温調節行動には影響しなかった.一方Schmidtは鳥類(ハト)で実験を行いラットと同様な結果を得た.つまりエネルギー損失を抑えるような戦略は恒温動物に特有なものと推察された.

  • 運動時ホメオスタシス調節研究のための総合的計測システム

    科学研究費助成事業(大阪大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(A))

    研究期間:

    1995年
    -
    1997年
     

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    運動時には呼吸・循環系はもとより体液調節,体温調節などのあらゆるホメオスタシス系が、筋活動の円滑な遂行のために有機的に働く.運動時のホメオスタシス調節には筋・関節の動きや、筋活動によって生ずる代謝産物を検出して呼吸・循環機能等を賦活させる末梢からのfeedback系と、運動の意志発動と同時に(あるいは先行して)自律系に上位脳から指令が発せられるfeedforward系の2つがある.このfeedback系は決して末梢だけで機能しているのではなくその調節に中枢神経系は大きく関与している.しかし末梢からの情報がどのように中枢神経系内で処理されるかについての知見は乏しい.本研究の目的はこのよう運動時のホメオスタシス調節の脳内機構の解明のための実験系を確立することである.本年度は特に最近実用化が急速に進んだテレメータによって血圧・体温等の自律反応、バイオセンサーやマイクロダイアリシスで測定した脳内物質濃度を記録するシステムを開発する.初年度は実験条件の確立とラットの運動計測システムの完成を目標に実験を進めた.実験はWister系雄ラットを用い、直径40cmの金属グリッドからなる回転かごで実験を行った.音を条件刺激として、ラットが一定角度かごを回転させると、かごに通電されるショックが回避できる装置を製作した.2年度はこの装置内に血圧、筋電図測定用のテレメータを埋め込んだラットを入れ、運動と筋電図、血圧の記録が出来るようなソフトを開発した.最終年度は以上の装置でラットが運動する実験条件を検討した.この条件をラットは3回程度のセッションで学習し、条件刺激提示により、実験者が自由に運動させることが出来るようになった.当初の目的を十分達成しているシステムを開発することが出来た.

  • 体温調節に関わる神経機構の総合的研究

    科学研究費助成事業(大阪大学)  科学研究費助成事業(国際学術研究)

    研究期間:

    1995年
    -
    1996年
     

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    恒温動物の体温は発汗・血管運動・ふるえ等の自律機能,さらに行動と様々な効果器によって調節され,神経系がそれに重要な役割を果たしている.しかしこの神経機構は複雑さの故に解析が遅れ,体温調節研究の大きな壁となっている.本研究は体温調節に関わる視束前野ニューロンを形態学的,薬理学的,電気生理学的と総合的に解析し,体温調節の神経機構研究のための確実な橋頭堡を築こうとするものである.研究代表者の最近の研究で,体温調節性の皮膚血管運動に関係した視束前野のニューロンは中脳中心灰白質と腹側被蓋野に投射することが示唆された。大阪大学においては平成7年度は先ずその可能性を電気生理学的に検討した.1)ウレタン麻酔下のラットで腹側被蓋野の刺激に逆行性に応答するPOニューロンの活動を細胞外記録した.そしてそれらのニューロンの局所温度変化への反応を検討した.その結果,局所温上昇で活動の増す温感受性ニューロンは特に伝導速度が遅い傾向が見られた.逆に中脳でニューロンを記録してPO温度刺激に対する反応を解析したところ,興奮性アミノ酸注入によって皮膚血管拡張の起こる中脳中心灰白質周囲(PAG)のニューロンはPO加温で促進するものが多く,アミノ酸注入で血管収縮の起こる腹側被蓋野(VTA)にはPO加温で抑制されるニューロンが多かった.以上の結果はPOからPAG,VTAへそれぞれ促進,抑制性の信号が達していることをしめす.この結果は95年11月のアメリカ神経科学会,96年の体温と薬理学に関するシンポジウムで発表した.
    一方平成8年度はふるえの神経回路についていくつかの問題点を検討した.破壊,刺激実験からふるえの調節には後視床下部(PH)が関与しており,視束前野・前視床下部(POAH)からの信号がPHで一度中継されて下位に送られるとの仮説が提唱されているが検証されてはいない.そこで先ずPHにはふるえの調節に必要なニューロンが存在するのか,あるいは他の部位からの神経線維が通過するだけなのかを検討した.寒冷に暴露したラットのPHにムシモールを投与したところふるえは抑制された.この結果はたしかにPHにはふるえに促進的に作用するニューロンが存在するものと思われる.またPHへの他の視床下部からの入力を遮断する形で脳に切断を加えたラットでもPOAHの温度刺激はふるえを変化させた.つまりPOAHからPHへは直列に信号が送られるのではなく両者は独立にふるえ調節に関与しているものと推測された.この結果は97年7月のロシアでの国際学会で発表の予定である.さらに熱産生機構については非ふるえ熱産生の視床下部内神経回路を検討した.POAHに興奮性アミノ酸を投与すると腹内側核刺激による褐色脂肪組織(BAT)の代謝増加が抑制された.この結果はPOAHを加温した効果と同じである.POAHからは主として温感受性ニューロンがBAT調節の遠心性信号を送りそれは抑制性であることを示唆する.この結果も97年にロシアで行われる国際生理学会にて発表の予定である.
    Schmidらドイツのグループは一酸化窒素が体温調節に関わる脊髄ニューロンの反応性を変化させることを見いだし,95年京都で行われた国際神経科学学会で発表した.またドイツのグループは脳室周囲器官の役割について主として電気生理学的な手法でsubfornical organにアンギオテンシンIIが作用しそれが一酸化窒素と拮抗的な作用を持つことを明らかにした.
    Romonaovskyは発熱物質の大量投与時に起こる低体温が,単に調節不全によるものではなく,生体の積極的な調節の結果であることを明らかにした.また彼末,Romonaovskyを中心として体温のset-pointに理論的検討を加えた.現在混乱を招いているこの用語は,その定義が使われる状況でまちまちなことに問題がある.そこで従来漠然と使われているset-pointの定義を明確にした共著論文を発表予定である.また同様の主旨の発表を97年コペンハーゲンで開催の体温調節に関する国際シンポジウムで行う.

  • 高分解能光プローブ生体情報センシング用光集積デバイスの試作

    科学研究費助成事業(大阪大学)  科学研究費助成事業(試験研究(B))

    研究期間:

    1995年
    -
    1996年
     

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    本年度は、高分解能な生体内構造検出のための具体的な測定系の構築およびその光集積化/小型化の検討を中心に研究を進めた。
    1.生体内の幾何学的サイズを精度良く測定・画像化するには、屈折率nと厚さtの分離測定が必要であることを示し、低コヒーレンス光干渉をベースとする新たなn、t同時測定法を提案・実証した。
    2.さらに、生体組織の複屈折測定法および波長分散による位相と群屈折率の分離測定法を順次提案・実証した。
    3.上記の波長分散を考慮する場合には、測定系は空間伝搬光学系を使用する必要があり、これに関しては、30×30cm_2のボード上にマイクロ光学部品で干渉計を構成し、厚さt>1mmで測定精度0.3%が得られることを実証した。
    4.LiNbO_3光集積デバイスについては、方向性結合器タイプで波長間隔>20nmの分波器、および消光比>20dBのセロダイン単一側帯波発生素子で構成される光ICを設計、作製しており、ファイバやSLDとの接続を含む実装が当面の課題である。
    5.生体機能情報検出については、透過/反射光の分光スペクトル測定装置を整備し、多波長光源および波長可変レーザによる分光測定・分析の見通しを得た。
    以上の成果を踏まえて、小型光学系および光集積デバイスを含む測定システムの適用範囲を明かにすると共に、企業技術者・研究者の支援を得て、実用化に向けて具体的に検討を進める。

  • 自律神経機能の左右差発現

    科学研究費助成事業(愛知医科大学)  科学研究費助成事業(総合研究(A))

    研究期間:

    1993年
    -
    1995年
     

     概要を見る

    1.高位自律中枢の左右性:脳血管障害における温熱性・精神性発汗活動の左右差について検討した(渡邉ら).脳血管障害患者の起立負荷時,左半球傷害群で血圧低下が著しく,心拍数増加が小さいことを認めた(高橋ら).急性期脳卒中でCheyne-Stokes呼吸の発現,手掌の皮膚電気活動の振幅の低下度が右大脳障害で著しくことを認めた(片山ら).ラットで脳虚血一側脳加温により海馬体神経細胞壊死の程度に左右差は生じた(小野ら).2.自律神経遠心路の左右性:視床下部・脳幹の体温調節機能との関連を調べ,ラットの唾液分泌の偏側性促進,ふるえの両側性抑制,皮膚血管運動の両側性支配を観察した(彼末ら).発汗促進性遠心路は大部分同側を,一部は交叉して下行し,顔面では発汗の同側支配が強いことを観察した(斎藤・糸山ら).頚髄損傷で皮膚交感神経活動の左右差が下肢より上肢で著明なこと,片側交感神経節切除後に両側に同期した筋交感神経活動を認め,脊髄内外に交叉神経の存在を示唆した(野間ら).3.自律神経反射における左右連関:皮膚刺激による交感神経性循環反射に脊髄上性と脊髄性とがあり,後者のみに偏側性を認めた(佐藤ら).皮膚圧が皮膚血流に対し発汗と同様,脊髄分節を介する反射的効果を同側性に及ぼすこと,頭位変化,皮膚圧,星状神経節ブロックによる一側性鼻腔閉鎖が同様の機序でないことを示した(小川ら).前庭温度刺激による頚骨神経内筋交感神経活動の賦活化に左右差傾向を認めた(間野ら).4.自律諸機能の左右連関:脳血流と脳温・鼓膜温の密接な関係及びその左右差を観察した(永坂ら;小川ら).末梢神経血流に関わる3種の同側性神経支配を認め,皮膚刺激がCGRP作動性神経を介する軸索反射により神経血流を増加させうることを示した(佐藤ら).瞳孔支配の副交感・交感神経の同時障害では,明所と暗所で瞳孔左右不同の状態が異なることを観察した(斎藤・糸山ら).

  • 視床下部ニューロン活動の光学的計測

    科学研究費助成事業(大阪大学)  科学研究費助成事業(試験研究(B))

    研究期間:

    1992年
    -
    1994年
     

     概要を見る

    視床下部には体温摂食、飲水、生殖、内分泌、免役と種々の機能の神経機構が混在し、それらの有機的な統合によってホメオスタシスは維持されている。視床下部のように複雑な系の解析には個々の細胞の活動と同時に回路網動態の観察が不可欠である。視床下部細胞は小型で記録が難しく、さらにホルモンや温度等への反応は持続時間が長い(数10分-数時間)ために、現在の電気生理学的手法では1つの標本からせいぜい数個のニューロン活動しか記録出来ず、神経回路網を解析するには程遠い状況である。本研究の目的は最近注目を集めている光学的な手法で多数の視床下部細胞の活動を同時に記録する系を確立することである。平成5年度は塩野がすでに開発している。光計測システムで単一細胞レベルで活動が記録できるかを検討するために、視床下部の培養系を確立することを中心に実験を進めた。その結果生後3日のラットから取り出した視束前野ニューロン培養に成功。培養開始1週間程度で神経突起の豊富な伸張も観察された。平成6年度は平成5年度に確立した視床下部の培養系でのニューロン活動の電気生理学的記録を行った。光計測を行うためには活動電位の発生する事が必須である。そこで活動電位を発生する条件を見つけるために、培養細胞から細胞外記録を行った。生後3日の幼弱ラットから得た培養4-10日目の視束前野細胞80個は37℃では自発発射は見られなかった。温度を34-42℃の範囲で変化させたがやはり活動電位の発生は見られなかった。そこで細胞近傍に1mM-0.1Mのグルタメート、あるいは10-100mMのK+溶液を滴下した。これでも活動電位は発生しなかった。光計測は現在の技術では単一細胞からは活動電位程度の電位変化(約100mV)の検出がS/Nの限界である。残念ながら本研究の手法では視床下部の単一培養ニューロンへの光計測技術の適用は難しい。

  • 体温調節に関わる情報の視床下部内伝達路の解析

    科学研究費助成事業(大阪大学)  科学研究費助成事業(一般研究(B))

    研究期間:

    1991年
    -
    1994年
     

     概要を見る

    視束前野・前視床下部(POAH)は体温の恒常性維持に不可欠な多くの自律性及び行動性反応間の協調,さらには体温調節と他のホメオスタシス調節との機能連関に中心的な役割を果しており、この統御機能について温度ニューロンを中心に行われた神経生理学的研究から多くの知見が得られてきた.POAHを温度刺激すると適切な調節反応が起こることから,体温調節に関係した温度ニューロンがPOAHに存在することは間違いない.しかし,体温調節系の細かい神経回路網が不明で,今のところ温度感受性という必要条件のみがニューロンを同定する方法なので、温度ニューロンの反応性に関する知見とマクロな調節反応の解析結果を残念ながら直接には結び付けられない.そこで本研究は特に体温調節性の皮膚血管運動とふるえに関する視床下部内下行路の解析を行った.視床下部を視束前野の尾側で一側前額面に切断を行うと、切断側の視束前野を加温したときのふるえは全く影響を受けず、皮膚血管運動は減弱したが残存した.左右の視束前野の間には皮膚血管運動調節の回路では接続があるが、ふるえの回路にはないようである(以上平成4・5年度)さらに視床下部の一側の内側あるいは外側をマイクロナイフで切断,健常側刺激時の反応を基準として切断側刺激時の反応が消失・減弱していれば切断部位を信号が下行していると考えられる.ふるえ、皮膚血管運動いずれも視床下部の外側(内側前脳束)を切断すると切断側の視束前野加温に対するふるえ抑制、皮膚血管拡張の反応が消失、あるいは減弱した.一方視床下部内側の反応に影響しなかった.ふるえ、皮膚血管運動いずれの調節も視束前野からの遠心性信号は内側前脳束を下行するものと思われる.さらに皮膚血管運動についは内側前脳束にカイニン酸を注入し細胞体を破壊しても反応には影響しなかった.ここではシナプスの交代なしに信号は下行しているようである.(以上平成6年度)

  • 体温調節における左右視床下部の機能的連関

    科学研究費助成事業(大阪大学)  科学研究費助成事業(一般研究(C))

    研究期間:

    1990年
    -
    1991年
     

     概要を見る

    視束前野・前視床下部(POAH)は体温調節においてその最高位の位置にあり、下位の調節系を統御していると考えられている。ところでPOAHは第3脳室によって左右に分かれている。それでは体温調節を"統御"する中枢が二つ存在して、しかもお互い独立に機能しているのだろうか。この問題を検討するために平成2年度は皮膚血管反応・寒冷暴露によるふるえが一側のPOAH加温でどのように影響されるかを検討した。先ずウレタン麻酔下でラットの一側POAH電極に高周波電流(500kHz)を通電して局所の温度をランプ状に上昇させたところ、左右の足底血管とも拡張した。その拡張閾値は同側の足底が低かった。またネンブタ-ル麻酔のラットを5℃の環境温に暴露して安定したふるえの出現後に一側のPOAHを加温したところ、左右のふるえが全く同期して抑制された。以上の結果は体温調節の遠心性信号に左右間の連絡の有ることを示唆する。そこで平成3年度は左右のPOAH間の機能的な連絡の有無をニュ-ロンレベルで検討した。ウレタン麻酔下のラットを脳定位固定装置に固定し、左のPOAHを電気刺激したときの右POAHから細胞外記録したニュ-ロン活動がどのように影響されるか、またその反応と温度感受性の関係を検討した。記録した123個のニュ-ロン中24個が反体側刺激で促進、20個が抑制された。逆行性反応は観察されなかった。温度感受性と反応の間には相関は見られなかった。特に反応が強く見られたのは刺激電極と記録部位がPOAH内で対称の部位に位置したときであった。以上の反応は前交連及びその前部の切断で消失した。両側のPOAH間には多シナプス性の連絡が有ることが示唆された。

  • ヒ-トパイプ方式による生体内局所加温・冷却システムの試作

    科学研究費助成事業(大阪大学)  科学研究費助成事業(試験研究)

    研究期間:

    1989年
    -
    1990年
     

     概要を見る

    生体局所の加温・冷却は温熱生理学において不可欠の研究手法である。特に、深部温度受容部位として重要な脳の温度刺激時の調節反応やニュ-ロン活動の解折から、体温調節系の中枢機構に関する多くの知見が得られてきた。現在脳温度刺激には温冷水還流による熱極thermodeが主に用いられている。ところがこの方法は常に外部より7を共給する必要があるため、動物の行動がどうしても制約される。また現在細い熱極でも直径が0_08mmあり、さらに熱極の先端が一番温度変化が大きいとはいえ、軸に沿った部分からの熱伝導は不可避であり、限局した微小部位の温度刺激は難しい。高周波あるいはレ-ザ-による刺激も行われているが、加温のみで冷却が出来ないのが問題である。本研究の目的は最近注目を集めているヒ-トパイプ方式を用いて生体微小局所(特に脳)の加温冷却システムを開発しその有用性を検討することである。初年度は極細ヒ-トパイプの開発を行った。試作の結果得られたものは、長さ25mm、O_0mm角の正方形の断面を持つ銀製のもので、これは中性子写真によりヒ-トパイプとして機能していることを確認した。このヒ-トパイプの一端に5X5mmのペルチエ素子と冷却用フィンを一体化した加温・冷却器を装着した。この加温冷却用部分の大きさは7x7mm、全体の重量0.6gと当初の目的の小型・軽量のヒ-トパイプが完成できた。最終年度はこのヒ-トパイ
    プをラットの脳に埋め込んで性能試験を行った。脳温29℃の時に0.6Aの電流印加で1.5℃の脳温変化を加えることが出来た。

  • ラット陰嚢皮膚の温度受容能

    科学研究費助成事業(大阪大学)  科学研究費助成事業(一般研究(C))

    研究期間:

    1988年
    -
    1989年
     

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    Hellon et al.)(1973)がラット脊髄、さらに上位の中枢神経内に陰嚢温度刺激に応答するニュ-ロンが多く存在することを見い出して以来、この系は温度感覚情報の求心路のモデルとして多くの解析がなされてきた。ところがこれらのニュ-ロン応答は覚醒に伴う非特異的な反応であることが最近明らかになった(Kanosue et al.,1984,1985)。そこで本研究では,実際にラットが陰嚢温度変化を感覚し得るかについてオペラント行動の解析から検討した。昭和63年度は実験システムの開発,作成を行った。ペルチエ素子の温度を0.1℃の精度で制御可能なcontroler及び電気刺激装置をパソコン(PCー9801RA)にて駆動し、また温度、レバ-押し・電気刺激の時刻情報も同じパソコンに入力してデ-タ解析が行えるようにした。本年度はそのシステムを用いて実験を行った。遮光・防音箱中におかれたレバ-付き小ケ-ジにラットを入れ、陰嚢温度刺激用ペルチエ素子、尾電気ショック用電極を装着、陰嚢温を正常値(32℃)からある温度(42℃以下)までステップ状に変化させ、一定時間(10秒)後にショック(1ms,5mA)を加える。温度変化後ラットがレバ-を押せば温度は正常値に戻り、ショックは回避できる。この行動のオペラント条件付けが起これば、ラットは陰嚢温度変化を感覚していることになる。11匹のラットで実験を行ったが、残念ながら条件付けには1匹も成功しなかった。しかしこの結果だけからラットは陰嚢の温度変化を知覚していると即断は出来ない。陰嚢温変化が刺激回避の条件刺激としては弱い可能性が否定できないからである。将来機会が有ればこの点にも検討を加え、温度感覚の問題をさらに解析して行きたい。

  • 自律性と行動性体温調節反応の発現機構

    科学研究費助成事業(大阪大学)  科学研究費助成事業(一般研究(B))

    研究期間:

    1987年
    -
    1988年
     

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    温熱ストレスに対して生体は自律性と行動性の体温調節を発現させる。このいずれか一方の反応を阻止すると、他方の反応がより強く作動するなど、両反応の発現が相補的であることは現象的に良く知られている。しかし両反応が同時に、あるいは継時的に発現する仕組みはほとんどわかっていない。ラットは高環境温下で多量の唾液を分泌する自律性反応と、その唾液を体表面に塗布するという行動を起こすが、この両者がどのように調和して発現するのかを明らかにするのが本研究の主たる目的であり、以下のような成果が得られた。1.局所加温を行なうと唾液塗布行動の誘発されるラットの後視床下部からも局所脳温に応答するニューロンが記録され、そのあるものは高い温度閾値を示した。2.前視床下部加温時に著明な放電頻度の増加を示すニューロンが延髄の唾液核近傍で見いだされた。視床下部からの遠心性信号によるものと考えられる。3.加温により唾液分泌の起こる視束前野・前視床下部両(POAH)の左右を独立に加温した所、一側のPOAH加温で同側の唾液腺からの分泌が著明に増加した。温熱性唾液分泌の遠心性信号はPOAHから同側優位に唾液腺に達していると思われる。4.高環境温下で定常的な温熱性唾液分泌が見られる状態で左右腹胸部一側の皮膚温を冷却、加温したところ、両側の唾液分泌が同じように減少、増加した。左右皮膚からの温度情報は統合されたのち唾液分泌の系に伝えられるものと思われる。5.環境温4、24、34℃においてラットにトレッドミル上を走らせ運動強度と体温上昇の関係を調べたところ、相対的運動強度に比例した体温上昇がみられた。6.卵巣摘出ラットのスライス標本では温感受性ニューロンはプロゲステロンによって抑制された。卵巣摘出後エストラジオールを投与したラットの標本ではプロゲステロンの効果が逆転した。

  • 生体の温度感受性と体温調節反応の発現機構に関する統合的研究

    科学研究費助成事業(大阪大学)  科学研究費助成事業(一般研究(A))

    研究期間:

    1984年
    -
    1986年
     

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    1.視床下部ニューロンに関する実験 (1)視索上核,室傍核の神経分泌ニューロン活動は視床下部加温刺激により増加、冷却により減少する。生体における前向き制御と考えられる。(2)ラット陰嚢加温刺激は視床下部温度感受性ニューロンのみならず、視床ニューロン活動も促進させる非特異的な効果があり、皮質脳波を脱同期させるなど、侵害刺激と同様の反応をおこす。(3)ラット後視床下部には閾値の高いon-off的な反応を示す温ニューロンが見出された。唾液塗布行動に関与する可能性が示唆される。(4)高濃度の【CO_2】と低濃度【O_2】の吸入はいずれも温度感受性ニューロンの活動を促進させる。しかし脳切片標本では【CO_2】は抑制的に作用する。個体で見られる【CO_2】の体温下降効果は、呼吸ガスの化学受容器からの二次的作用によるものと推察される。
    2.体温調節の効果器活動に関する実験 (1)ラット視束前野を冷却すると、褐色脂肪組織の温度が上昇する。βアドレナリン遮断薬をあらかじめ腹腔内投与すると、この温度上昇は減弱する。視束前野を持続的に冷却して褐色脂肪組織温度を高いレベルに保ち、視床下部腹内側核にリドカインを注入すると、組織温は一過性に約0.5℃低下する。腹内側核は視束前野から温度信号を受取り、褐色脂肪組織熱産生を調節している。(2)麻酔ラットの加温刺激によって唾液分泌をおこす実験条件を詳細にしらべ、中枢と末梢の温度シグナルの統合を明らかにした。味覚や痛みによる唾液分泌反射も体温上昇によって促進される。視束前野・前視床下部の加温は唾液分泌と体伸展をおこし、後視床下部の加温が唾液塗布行動をおこす。(3)ラットが脳内自己刺激を行うさい、レバーに100gの負荷をかけておくと、体温上昇と報酬の間に競合がおこる。室温,刺激電流強度などを変えてそれを観察した。(4)低速走行のトレッドミル運動時、ラットの尾血管拡張開始時の直腸温は運動強度に比例して上昇した。

  • 環境適応反応の調和と干渉:快適環境創造への生理学的アプローチ

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    1)清原は本会の目的と今後のスケジュールを説明した後、免疫組織化学的手法により明らかにした体温調節中枢神経回路網について解説した。2)小林は中枢神経系と後根神経節にあるサーモスタット細胞のイオン機構を電気生理学的に調べ、その特性を明らかにした。3)紫藤は暑熱馴化による体温調節機能の変化に関する新しい知見を述べ、暑熱暴露時間帯に愛する時間記憶がいかにされているか、体温調節機能の変化がどのように誘導されるかなどの問題提起した。4)中島は発熱と内因性解熱物質に関する新しい知見を発表し、体温調節系における自己調節系を物質的側面から解明する手がかりについて述べた。5)能勢は皮膚血流と血圧反射の相互干渉例を示し、その生体適応機構における役割を考察した。6)野本は哺乳類と鳥類の体温調節機構を比較し、長い進化の過程でそれぞれの動物種がその時々の環境に適応しながら独自に獲得してきた進化的環境適応機構について述べた。7)平田は皮膚血流量調節におよぼす発汗反応の関与について、ヒトを使った実験結果を示し、特にスポーツ生理の面からその適応機構を考察した。8)松川は体温調節機能と関係する皮膚血管運動の神経性調節についてこれま得られた知見を述べ、循環調節系と体温調節系の調和と統合、および皮膚交感神経活動の計測と皮膚血管運動に与える環境温度の影響にについて調べる実験計画を説明した。9)松本は耐熱性と発汗反応からみた暑熱適応性について、熱帯地住民にみられる長期暑熱順化機構の特性を示した。10)三木は自律神経によるエネルギー代謝の調節機構について、無痲酔・無拘束の動物から運動負荷時を含め、多面的にデータを集積する方法とその解析結果について述べた。11)彼末はふるえの発現機構について、その調節中枢が抱える問題点と新しい調節神経機構について提案した。 12)満渕は現在我々を取り巻いている人工環境が長期的に生態系におよぼす影響の解析から始めて、長期的に見てどのような人工環境が人類や生体にとって至適であり、どのような設計が求められるかについて論議した

  • 生体が持つサーモスタットの動作原理と分子基盤

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    皮膚を冷却すると、冷受容器は冷線維に向心性のインパルスを発し、それが脳に届くと冷感が生じると考えられる。生理学では、冷受容器は温度を発火頻度(暗号)に変換するセンサー、脳は暗号を解読して皮膚温を検出すると捉えてきた。しかし、発火頻度は、温度変化に対し、閾応答、過渡応答を示すので、温度と頻度に1対1の関係はない。そこで、温度受容器をセンサーだとは考えにくい。これに対し、冷受容器それ自身が、皮膚温が閾より高いかどうかを比較し、高い時にインパルス(駆動信号)発するサーモスタットだと代表者は提案している。そのインパルスが,産熱効果器を駆動すれば,他の中枢なしに,温度調節が可能となる。温度受容器をサーモスタットとするこの新しい概念の妥当性を検討するため,哺乳類,無脊椎動物,単細胞生物の研究者が集まり、生物種ごとのサーモスタットについての研究会を開催した(京都大学、2000年7月7日)。そこでは、サーモスタットの重要性,特徴,実体,遺伝子,さらにサーモスタットが駆動する自律性・行動性効果器などの問題点を議論した

  • ファンクショナル反射光トモグラフィによるラット大脳皮質の神経活動電位の計測

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    本研究では、新たにファンクショナル反射光トモグラフィ(f-ORT)を提案し、これによってラット大脳皮質の神経活動電位の断層面における空間分布およびその時間変化を測定して、f-ORTの有用性を実証することを目的に研究を進めた。(1)大脳皮質の神経活動電位をとらえるには、SLDのコヒーレンス長10〜20μmの空間分解能では不十分である。フェムト秒レーザパルスのパルス幅10fsを実現し、これを光源とした低コヒーレンス干渉計を構築した。干渉計における分散補償を行い、所望の分解能3μmの光トモグラフィ(OCT)を実現した。(2)上述の波長0.8μm帯光トモグラフィに加え、波長1.3μm光トモグラフィを検討し、到達深度を1.5mm以上に拡大することができた。さらにLD(レーザダイオード)を光源とする共焦点光学系を組み合わせてコヒーレンスゲート・共焦点光学系を構築した。(3)高速のOCTデータ取得手法として、PZT光ファイバ位相変調器を用いて、低コヒーレンス光干渉における光路長走査(光遅延走査)を試みた。この結果、1秒当たり50回を越えるAモード走査が行える見通しを得た。さらに、ラスター信号を加算処理し、イメージのS/N比向上を図った。(4)ラットに音刺激を与え、大脳皮質聴覚野の神経活動電位に伴う屈折率変化を測定した。大脳皮質の表面下深さ〜100μmの位置で、刺激後約20秒間に信号の変化を検出し、f-ORTの有用性を確認することができた

  • 神経回路形成とシナプス形成における成長円錐反発分子セマフォリンの作用機序

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    私達は膜型セマフォリンであるM-SemaF(Sema4C)およびM-SemaG(Sema4D)がシナプス形成・除去が最も盛んに行われる生後幼若期に多く発現することから、これらのシナプスに局在について調べた。また、セマフォリンなど成長円錐退縮分子の作用機序は不明の点が多いが,成長円錐の形態が変化することから,アクチン骨格系を制御する低分子G蛋白質が関与していると予想される。私達は1)M-SemaFが後シナプス膜肥厚蛋白質PSD-95に結合し、後シナプス膜肥厚画分に濃縮していること、II)また、別のM-SemaF結合分子は神経興奮によって発現が増加し、Neuro2a細胞の神経突起伸長を誘導したことから、同分子がシナプス機能に関与していることを示唆した。一方、III)M-SemaGは、シナプスに局在しなかった。また、その神経反発作用を調べたが、予想に反して、PC12細胞の神経様分化や胎生期神経節細胞の神経突起伸長を誘導したことから胎生期では誘引因子としてに神経回路形成に関与していると思われる。IV)このM-SemaGの作用は神経成長因子受容体を介するシグナル伝達を増強することによって引き起こされたことを明らかにした。V)M-SemaGの受容体であるプレキシンB1の細胞情報伝達に関与する細胞内シグナル分子を探索した結果,アクチン細胞骨格を制御するRhoファミリー分子、RhoA活性化分子、PDZ-RhoGEFが関与することを見いだした。次にプレキシンB1の作用とrhoファミリー分子の関与を調べた、VI)M-SemaGが引き起こす細胞縮小化作用にはプレキシンB1とRhoAの活性化が必要であった。驚いたことにVII)プレキシンB1はM-SemaGリガンド非依存性に相反する形態変化、ラメリポディア形成と細胞縮小化を引き起こした。これらの結果は神経反発因子の作用が神経細胞や環境により誘引性に変化する現象を発現細胞で示すことのできた初めての研究であり、その分子機構の解明に大きく寄与することが期待される

  • 筋電信号を用いたヒト運動ニューロンの個数・サイズの推定法

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    近年,筋萎縮性側索硬化症,運動ニューロン病など,進行性で,かつ死に至る神経・筋系疾患が多く見られ,その診断,治療のため運動ニューン個数・サイズ分布の計測手法の開発が非常に強く望まれている.本研究では,等尺性随意収縮時の筋電信号を用いて,運動ニューロンの個数およびサイズ分布を推定する新しい理論を提唱し,筋電信号発生のモデルの構築とモデル解析により,推定法の妥当性と推定誤差を明らかにし,臨床診断への適用可能性を示すことを目的とした.本研究では,運動ニューロンの個数およびサイズを推定を以下の通り遂行した.(1)筋電信号発生モデルの構築サイズの異なる多数の運動ニユーロンからなる筋電信号発生のモデルを構築する。運動ニューロンのパルス発射パタンを与えて、筋電信号(時系列信号)をモデルにより作成した。(2)運動単位発火周波数の計測独立成分分析を用いた運動単位活動波形のデコンポジションプログラムの開発を行った.等尺性収縮時の多チャンネル筋電位信号を対象とし,運動単位の同定と運動単位発火周波数を算出した.その結果,収縮レベルの増加に伴い,運動単位発火周波数が増加することを示した

  • 野球のバットスイングの基礎的能力の解析

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    野球のバッティングには、150km/hにも達するボールや、様々に変化するボールを直径わずか6cmのバットで正確に打ち返すという、あらゆるスポーツの中でも最も難しい技術が要求される。このバッティングで高いパフォーマンスを実現するためには、1)投げられるボールの球種、コースを的確に予測する能力、2)ボールを捉えるスイングの正確性、3)速いスイングスピード、の3つが求められる。本研究では特に2と3のスイングの「正確性」と「スピード」に着目してその解析を行う。本研究では期間(3年間)が限られているので、将来の研究に向けての基礎的データを蓄積することを第一目標に、ティーバッティングと直球の実打に解析を限定して、研究に取り組んだ。本年度はバッティングマシンのポールを打つときのスイングの解析を行った.被験者はバッティングマシンからの直球を打つが、マシンは一定のコースにボールが送られるように調整したものを用いた.正確性の解析のために、バットとボールが当たった時点での上下方向へのバットとボールの位置のずれを求め、その標準偏差を正確性の指標とした.上下方向の打球角度は現役選手群で平均24.7deg、経験者群で39.2degであり両群間に有意差が認められた(p<0.05)。また、打球のばらつきを表す標準偏差の両群の平均値は、現役選手群28.0deg、経験者群45.7degで有意差が認められた(p<0.01)。打球角度と速度の変換効率の間には負の相関関係が認められた(r=-0.58、p<0.01)

  • 温熱的快適感の皮膚分節に従った脳内情報処理の解析

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    温度に関係した感覚は「熱い・冷たい」という温度感覚と、「暑い・寒い」という温熱的快・不快感(快適感)に区別され、またそれぞれ全身の感覚と局所感覚がある。本年度は皮膚温と温熱的感覚の関係性を調べることを目的として、まず皮膚温、局所的温度感覚・快適感をコンピュータの人体模型上に再現するシステム(データ可視化システム)を開発した。全身50箇所から皮膚温を熱電対にて、25箇所から熱流量を熱流センサーにて30秒毎に測定した.一方全身的温度感覚・快適感、局所的温度感覚・快適感(25箇所)はスライダックの並んだパネル板(Fig.2)を使って随時被験者に申告させた。データ可視化システムではこのようにして得られた皮膚温、局所的感覚のデータをコンピューター上の人体模型に色を用いて表示した(Fig.3)。本システムの有用性を確かめるため、環境温を23℃(80分)→28℃(80分)→33℃(80分)と変化させ被験者男性3名、女性3名による実験を行った。環境温23℃の時、皮膚温は末梢において著明に低下し、冷たさによる不快感は特に足部において強かった。環境温を33℃にすると末梢と体幹部における皮膚温の差は小さくなった。頭部と体幹部の皮膚温の変化はよく似ていたが、暑さによる不快感は体幹部よりも頭部において強かった。このような皮膚温・感覚の全身分布、その変化を把握する上でデータ可視化システムは非常に有用であった。全身の皮膚温分布を調べるためにサーモグラフィーが用いられることが多いが、露出していない部位やカメラが正面からとらえられない部位の皮膚温は正しく測定できない。データ可視化システムは衣服着用下でも全身の正確な皮膚温を人体モデル上に再現することができ、また同じ人体モデル上に感覚のデータも示すことが可能である

  • 野球の投球ボールの回転と手指運動の同時精密測定

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    野球の投手が投じるボールの回転は投球のパフォーマンスに大きく影響すると考えられるが,これを決定する身体動作は明らかになっていない.そこで申請者は高速度ビデオカメラを用いて手,指の動作とボール回転を同時に測定するシステムを開発し,手,指の動きとボール回転との関係,ボールの"ノビ"を表す物理的性質について検討した.その結果,リリース直前に指の動作は,直球の回転速度に強く影響することが分かった.また“ノビ"が良いとされる投手の投じる直球は回転速度が高く,回転軸角度が純粋なバックスピンに近いものであった

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特定課題研究

  • 同肢内筋間の機能的連携の解析

    2019年  

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    人は手足の多くの筋を制御して所定の運動を実現している。そのためには個々の筋を別々に制御するのではなく、機能的につながりのある筋同士をまとまったモジュールとして制御することで、自由度を減らすという戦略をとっている。例えば筋の収縮・弛緩は他肢の皮質脊髄路興奮性に影響を及ぼすことが報告されている.つまり、筋の収縮時には他肢の筋(しかも同名筋)の活動を促進し、弛緩時には抑制する。それに対応して、他筋を支配する皮質脊髄路興奮性も促進、抑制される。しかし,筋の収縮・弛緩が同肢内他筋の皮質脊髄路興奮性に及ぼす影響は明らかになっていない.本研究は,経頭蓋磁気刺激法(TMS)を用いて肩関節外転筋(三角筋:DM)の収縮および弛緩が同肢内の手関節筋,指関節筋の皮質脊髄路興奮性に与える影響とその部位差を検討した.健常な成人男性24名は収縮している肩関節外転筋を音合図に合わせて弛緩する課題を行った.音合図後に6つのタイミング(50,150,250,350,500,1000ms)で手内在筋第一背側骨間筋,前腕筋橈側手根伸筋の一次運動野支配領域にTMS刺激した.これにより得た運動誘発電位の振幅値により皮質脊髄路興奮性を評価した.DMの収縮および弛緩時,第一背側骨間筋の運動誘発電位振幅値は安静時と比べ有意な変化が認められなかった.一方で,橈側手根伸筋の運動誘発電位振幅値はDM収縮時には安静時と比べ大きな値となり,弛緩に伴い減少した.これらの結果より,肩関節外転筋の収縮・弛緩は,手内在筋と前腕筋の皮質脊髄路興奮性に異なる影響を及ぼすことが明らかになった.このことは前腕筋は肩の筋と協調して腕(手)を目的の場所に運ぶことが主たる機能であるのに対し、手内在筋はその運ばれた場所で手が様々な動作をするときに働くという機能的な違いを反映しているものと推測される。

  • 新しい身体活動教材としてのパントマイムの心理学的および動作学的解析

    2018年   依田

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    身体表現の一つに「パントマイム」がある。本研究では、よく知られている「壁」を取り上げ、①観客に錯覚を起こさせる動作の特徴、②演技動作と観客の視覚的認知の関係を明らかにすることを目的とした。プロパントマイム演者5名の「壁」の演技を①「手」条件2パターン(「自由に緊張と弛緩」・「手をずっと緊張」)、②「体幹」条件2パターン(「手のみを動かす」・「手と体幹を動かす」)、③「速度」条件3パターン(「自由な速さ」・「速い」・「遅い」)の組み合わせで12条件を撮影したものを被験者に演技者毎に2つずつの動画を見せ、比較させた。被験者は左右に並べられた2つの動画のどちらが「壁として見えるか」を左側の動画を基準にして右側の動画に対して0(ゼロ)を含む-3(見えない)~+3(見える)で回答した。そしてどの動画(動作パターン)が最も壁に見えるかの順位づけを行った。パントマイム未経験者19名を対象として実施した結果より、手指の弛緩が行えないと壁は見えにくくなり、壁の「硬い平面」の特徴を表現すると考えられる手の緊張と弛緩において、最も重要な点は壁に触れる“瞬間”に手を緊張させることといえる。

  • ランニングの新しい概念に基づく正しい走動作獲得法の開発

    2018年   後藤

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    本研究は「正しいランニングフォーム」の重要性を検証し、それを身につけるプログラムを確立する事を目標とした研究である。幼児・児童の基本的な走運動の特性を測定した結果、10歳前後で成人の特性を獲得する可能性が示唆された。また、指導プログラムを検討するために、小学6年生24名を対象に走動作を改善させる指導(週2回、計8回)を行った。指導の前後で疾走タイムや最大疾走速度に有意な改善は認められなかった。しかし、それらの要因の一つに参加した児童の疾走能力が高かったことが挙げられる。本研究で用いた指導プログラムは指導者数の確保や実施する指導プログラム内容について再検討する必要があるだろう。

  • ランニングの新しい概念に基づく正しい走動作獲得法の開発

    2017年   後藤悠太, 欠畑 学

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    「走能力は生まれつきの素質による」ものだと広く考えられているが、疾走能力にはランニングフォーム(技術)と強い関係がある。そこで、本研究では「正しいランニングフォーム」の重要性を検証、それを身につける方法を確立して「走能力は生まれつきの素質による」というドグマを打ち破る事を目標とした。本年度の研究目的は「正しいランニングフォーム」の重要性の検証である。走能力の評価には走速度が頻繫に用いられる。走速度(m/s)はストライド(一歩の長さ)とケイデンス(単位時間あたりの歩数)の積で求められる。陸上競技選手を対象にした研究から、低速度では走速度の増加に伴いストライドが増加していき、高速度ではケイデンスが急激に増加する事が報告されている(Hay, 2002)。しかし、これらの特性は陸上競技選手のトレーニングによって後天的に獲得された可能性がある。そこで、この仮説を検証するために陸上競技選手と非陸上競技選手を対象に実験を行った。両群を対象に様々な走速度(m/s)で走行した際のストライド(m)とケイデンス(step/s)を算出した。その結果、5m/s未満における走速度の増加に陸上競技選手と非陸上競技選手(特に運動経験のない素人)で異なる傾向が得られた。その傾向とは、運動経験のない素人は陸上競技選手群よりも速度の増加にケイデンスの増加をより多く用いる事である。つまり、陸上競技選手を対象に広く報告されてきた走速度の変化に関する特性は陸上競技選手群がトレーニングによって後天的に獲得した可能性を示唆している。そして、このような特性の違いにはランニングフォームの差が関係していると考えられる。今後はこの特性の違いを引き起こすランニングフォームの差について、「効率」の側面から検討する。これによって「正しいランニングフォーム」について定量的に評価するための基準を確立する。

  • スポーツ選手の特異的な姿勢制御の研究

    2017年   長谷川公輝, 中島 剛

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    武道競技には攻防にすぐ移行できる構えという特有な姿勢がある。適切な構えを行うために、選手や指導者にとってこの構えのメカニズムを知ることは重要である。先行実験として、構えが姿勢制御の重要な要因の1つであるH反射に与える影響を検討した。被験者は国内レベルの大学相撲選手(8人、競技歴10年以上)とした。軸足の脛骨神経に電気刺激(パルス幅200µs,インターバル3s)を行った。ヒラメ筋のEMGからH波とM波を測定し、電気刺激強度を徐々に増加させ、リクルートメントカーブを作成した。リクルートメントカーブから得たH波最大値(Hmax)をM波最大値(Mmax)で規格化した(%Hmax)。電気刺激は3つの姿勢時に行った。立位、試合をイメージしたときの構え(構え-イメージ)、イメージをしなかったときの構え(構え-イメージなし)である。この時、試合場面における、相手に対してできるだけ素早く反応できるイメージの教示を行った。これら3姿勢の%Hmaxの比較を行った。構え-イメージありにおける%Hmaxが一番高い値を出した被験者の数は、8人中6人だった。立位における%Hmaxが一番低い値を出した被験者の数は同じく8人中6人だった。また、それぞれの姿勢での平均%Hmaxは、立位48.92±16.09%、構え-イメージあり55.45±15.34%、構え-イメージなし53.21±14.35%であった。立位と構え(イメージあり)の%Hmaxに差がある傾向が見られた(P=0.062)。立位と構え-イメージなし、構え-イメージありと構え-イメージなしの間では差が見られなかった。%Hmaxは脊髄興奮性を表す(S. Grosprêtre et al. 2012)。実験結果から、構えのイメージと、構え姿勢が脊髄内興奮性を高める傾向があった。イメージ単体がH反射与える影響が無いことから(B. Hale, et al. 2003)、構え姿勢と相手に素早く反応するイメージを組み合わせることによって、H反射を亢進した。これは長年の練習や経験によるものだと考えられる。

  • 高度なスポーツスキルの脳神経基盤

    2015年   水口暢章, 加藤孝基

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    優れた運動制御に関する脳内機序を解明することは、スポーツスキルの向上に繋がると考えられる。本研究では、スキルを要する系列指タッピングのイメージ中の脳活動を、機能的磁気共鳴画像法(functional magnetic resonance imaging: fMRI)を用いて検討した。被験者は健常者29名であった。また、実際のタッピングの正確性も計測した。取得した脳活動データはStatistical Parametric Mapping 8を用いて解析した。高いスキルレベルと関連する脳活動をみつけるために解析を進めている。

  • 動作の時間的局面による協調運動制約の解析

    2014年   中川 剣人, 戚 維璜

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    周期運動の時間的な局面構造に着目し、被験者に右手で周期運動(3連打+1休符)をしながら、いずれかの局面(1,2,3拍目)に左手で1回タップするという課題を行うと、右手の2打目のタイミング(3連打動作の“途中”)で左手を協調させるときに他の場合に比べて顕著に安定性が低下する。休符が無く動作局面を規定できない連続動作でも、アクセントにより規定した動作局面を認識することにより、動作の時間的局面によって協調運動に制約が生じる。

  • ダンサーにおける連続した音と動作の協調性の特徴の検討

    2014年   中川剣人, 戚 維璜

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    ドラマーは四肢を巧みに操って複雑なリズムを刻むことができる。その運動制御のメカニズムを明らかにするための基礎的な実験として左右の手足のいずれか1本で330msから1000msのさまざまな周期で一定のリズムを刻むタスクを課した。いずれの手足のタスクにおいてもドラムの経験のない被験者に比べドラマーはリズムの変動係数が小かった。ただし右手による成績はドラマーと未経験者で差が他にくらべて小さかった。また未経験者の成績は1000msの周期が330ms、500msにくらべて良かった。これは右手による1秒程度の周期の運動を日常生活で経験しているからと推測される。

  • ヒトの移動運動における制御機序の課題特異性の同定

    2013年  

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     「歩く」や「走る」に代表されるヒトや動物の移動運動動作は中枢神経系における特殊な神経機構によって生成される。またそのような神経機構にはある種の階層性が存在することが近年の動物実験によって明らかにされてきた。例えば、同じ筋肉を使用する魚の泳ぎでも、泳ぎ方の違いによって動員される脊髄の神経細胞群は異なるものである。ヒトでも同様の階層性が存在する可能性が間接的な手法を用いた実験系によってごく最近示された。一定時間に及ぶ運動の継続によって中枢神経系に生じる「慣れ」を基盤としたものであり、異なる運動間における慣れの共有の有無はすなわち、各々の運動の遂行に内在する神経機構の共通性、もしくは個別性を示している。それぞれの運動を構成する神経機構がどのように成り立っているのか知ることはスポーツやリハビリなどのトレーニング戦略にとって重要であり、様々な移動運動についてさらに詳細に調べることが必要である。しかしながら、従来の実験系は慣れを誘発するための非常に大がかりな機器を必要とし、ごく限られた機関でのみ取り組みが可能なことから、より簡易な実験方法の確立が急務であった。そこで本課題においては、効果的に慣れを誘発するための簡易な外乱装置と関節角度計を用いた簡易な測定法の確立に取り組んだ。既にその個別性が明らかとなっているヒトの歩行と走行を対象の課題とした。 歩行または走行中の足部にゴムバンドを用いた力学的制約を課すと、その初期では運動パターンが大きく乱されるものの、時間経過とともに一定のパターンが獲得できる。すなわち慣れが生じる。その上で、制約を取り払うと通常の力学的環境であるにも関わらず通常通りの運動を遂行できない。力学的環境下でスムーズな歩様を実現するために生じた慣れがその後の通常環境下では異常な運動出力として顕在化した結果として捉えられる。しかしながら、歩行によって生じた慣れはその後、走行をしても顕在化しなかった。逆に、走行時に生じた慣れもまた、その後の歩行には影響しないことが、簡易なセンサーを用いた膝関節角度の変化より検出することができた。 従来は大がかりな測定を必要としていた当該の研究分野において、このように簡易な系を確立しつつあることで今後、ヒトの移動運動動作に内在する神経機構の共通性や個別性に関する議論が今後は加速的に進んでいくものと期待できる。

  • フィギュアスケーター・ダンサーの姿勢制御機構の解析

    2012年  

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    姿勢制御を困難にする「眼が回る」状態を産み出している原因として、眼振と呼ばれる無意識的で不規則な眼球運動の発現がある。生理学的に、眼振は、回転刺激を感知する半規管もしくは耳石器からの眼球運動への信号入力によって、回転刺激による視覚の歪みを最小限に留める反射である。回転中はその刺激により、眼振が起こることは明白であるが、回転を終えた後であっても、定常状態に戻るまで眼振はしばらく続き、これを回転後眼振と呼ぶ。回転後眼振の持続時間は、回転訓練により減少することやスポーツ選手は回転後眼振の持続時間が非スポーツ選手に比べて明らかに短いことが報告されている(Clement et al. 2002)。一方で、スポーツ選手はその前庭系の半規管からの入力に誘発される眩暈を、回転中に随意的に視覚入力を制限することで回転後の眼振を防止する戦略を競技経験則から取っていることが言われている。しかし、これまでにスポーツ選手と一般人について視覚入力条件を変化させた場合の回転後の前庭反射の神経機構を検討した研究はない。そこで、本研究では、回転系競技であるフィギュアスケート及びダンスを専門種目とするスポーツ選手6名(アスリート群)と一般人6名(コントロール群)を対象として、それらの関係を明らかにすることを目的とした。方法として、133 degree/secの速度で回転する椅子に着座した被験者の回転中及び回転後眼振を眼電図(EOG)を用いて測定した。その際の視覚入力条件は、眼球から30cm先に位置する球状の目標物を注視するFixation条件課題(以下、F条件)と、目標物を置かず、視覚入力を制限しないNon Fixation条件課題(以下、NF条件)、目隠しゴーグルを用いて視覚入力を遮断するBlind条件課題(以下、B条件)の3種類を行った。解析では、それらの条件で得られた眼電位から緩徐相を抽出し、その積算値から各条件における眼振の大きさを比較検討した。 その結果、回転後眼振の積算量は、コントロール群ではF条件、NF条件で同等量の約150 degreeとなった。アスリート群では、F条件で約130 degreeとなったのに対し、NF条件では約80 degreeとなり、視覚入力条件の違いによって回転後眼振に差が見られた。また、B条件ではどちらの群においてもそのほかの2条件課題よりも有意に大きくなる傾向が見られ、コントロール群で約400 degree、アスリート群で約550 degreeとなった。 以上のことから、視覚入力を遮断した環境においては、眼球運動制御に前庭系の入力のみを直接受けることから眼振の積算量が大きくなることが予想される。それに対して、視覚情報入力を許容した場合視覚系の入力によって、前庭系からの入力が抑制され、その結果、積算量が減少したと推察される。本研究から、これまで経験的にスポーツ選手が回転中の随意的な視覚入力制限によって回転後の眩暈を防止を行っていたことが、科学的に真実である可能性が示唆される結果となった。しかし、その詳細な脳内メカニズムについては今後研究を進め明らかにしていく必要があると考える。

  • アスリートの随意運動準備過程に関する神経生理学的アプローチ

    2010年   中田大貴, 坂本 将基

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     多くのスポーツでは「脳機能の優劣がパフォーマンスを決める」と考えられる。競技者は短時間に様々な判断をしなくてはならず、複雑な神経動作が瞬時に遂行されていると考えられる。そのため、素早くかつ正確な動作を行うためには、あらかじめ運動の準備が必要であり、大きく分けて2種類の運動準備過程があると考えられる。1つは「自発性運動の準備」である。例えば、ゴルフや体操のように、外部刺激にはよらず、自分のタイミングで動作の準備を行う動作のことである。もう1つが「刺激始動性運動の準備」で陸上競技のスタート時のような準備動作である。このような運動準備は、長年のトレーニングによって上達し、また運動準備を司る中枢神経系においても可塑的変化が生じる、と推察される。脳内の随意運動の準備過程を客観的に評価するために、脳波を記録し、運動関連脳電位(Movement-related cortical potentials: MRCPs)の活動様態を検討することがこれまでに行われている。運動関連脳電位とは、自発性動作に先行して約1.5秒前から記録される、陰性緩電位のことである。本研究では、アスリートにおける運動関連脳電位の特性を明らかにすることを目的とし、実験対象を陸上選手短距離選手、野球経験者、一般成人で全員男性とした。被験者は20~29歳(平均23.4歳)の健康成人男性31名(野球経験者9名、陸上短距離種目経験者12名、一般成人10名)であった。被験者は、安楽椅子に腰を掛け安静開眼状態で、2つの実験課題、①右手第III指(中指)伸展動作、②左手第III指(中指)伸展動作行った。2つの課題は約7秒に1回のセルフペースでそれぞれ80回行った。脳波の記録は国際10-20法に準じてFz、Cz、Pz、C3、C4の5部位に電極を配置し、基準電極を両耳朶とした。左右手第III指(中指)の伸展動作を計測するために、左右の総指伸筋の活動を記録した。運動関連脳電位の全平均波形の様態として、野球経験者は右手指動作課題では振幅が大きいのに対して、左手指動作課題では、特にC4、Pzで振幅が小さくなっていた。右手指動作課題に注目してみると、陸上経験者の振幅が小さくなっていた。運動関連脳電位のそれぞれの成分(Bereitschaftspotential: BP, Negativity Slope: NS’, Motor potential: MP)における振幅について、陸上選手短距離選手(経験者)、野球選手(経験者)、一般成人の間で統計的に有意差はなかったが、先行研究でも統一した見解は得られていない。Hatta et al (2009)は、BPとNS’の振幅は、剣道の選手と一般成人群は変わらないという結果が出ている。しかし、MPは剣道選手の方が一般成人よりも統計的に有意に振幅が大きい、としている。本実験は有意差こそ無かったが、振幅が野球経験者で大きくなる傾向があり、Hatta et alの結果を支持するものと考えられる。

  • 野球の投球ボールの回転と手指動作の精密測定

    2009年  

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    野球の投手が投ずるボールの動きはボールリリース直前の腕,手,指の動きによって決まる.特に指の動きは重要だが,この時点での指の動きは高速で,通常のビデオ映像では細かい動きはとらえられない.そのためピッチングの指の動きに関する研究はこれまでほとんどない.そこで,申請者は高速ビデオを3台用いて手・指の動きをmm, msecの精度で測定するシステムを開発した.これを用いて投手のコントロールの良し悪しと腕・手・指の動きの関係を解析するのが本研究の目的である.【方法】大学野球投手3名の手背部10点にマーカーを貼付し,正規のマウンドから30球投球させた.捕手捕球動作をビデオカメラで撮影し,捕球位置の垂直成分,水平成分を算出した.ボール及び手・指の動きを3台のビデオカメラ(1000Hz)で撮影し,ボールの軌道,指の関節角度及び手部の空間における角度を算出した.3次元座標系は投手板中央2塁側を原点とし,1塁方向をY軸,捕手方向をX軸,垂直上方をZ軸として構築した.【結果】捕球位置垂直成分はXZ平面に,水平成分はXY平面に投影したボール投射角度と強く相関した(p<0.001).またボール投射角度XZ成分はBR時のXZ平面における手の倒れ角度と相関した(p<0.01).示指,中指の各関節の最大伸展角度と捕手捕球位置の間には相関関係が無かった.【結論】ボールコントロールにはBR時の手部倒れ角度が重要な要因であることが示唆された.投球のパフォーマンスの実体が明らかになれば,それを具体的に実現するためのトレーニング法,投法の開発に結びつくであろう.とくに手,指の動作を知ることはパフォーマンスと体の動きのインターフェースを知ることである.たとえ手・指の動きを直接調節することは難しくとも(実際この動作フェイズは高速であるために,ほとんど意識できない)その動きが明らかになれば,それを実現するための腕,体の動きを意識することは出来,結果的に科学的なトレーニング法開発につながるであろう.

  • ヒト温熱的快適感の部位特異性に関わる脳機構の解析

    2009年  

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    Sensations evoked by thermal stimulation (temperature-related sensations) can be divided into two categories, “temperature sensation” and “thermal comfort.” Although several studies have investigated regional differences in temperature sensation, less is known about the sensitivity differences in thermal comfort for the various body regions. In the present study, we examined regional differences in temperature-related sensations with special attention to thermal comfort. Healthy male subjects sitting in an environment of mild heat or cold were locally cooled or warmed with water-perfused stimulators. Areas stimulated were the face, chest, abdomen, and thigh. Temperature sensation and thermal comfort of the stimulated areas were reported by the subjects, as was whole body thermal comfort. During mild heat exposure, facial cooling was most comfortable and facial warming was most uncomfortable. On the other hand, during mild cold exposure, neither warming nor cooling of the face had a major effect. The chest and abdomen had characteristics opposite to those of the face. Local warming of the chest and abdomen did produce a strong comfort sensation during whole body cold exposure. The thermal comfort seen in this study suggests that if given the chance, humans would preferentially cool the head in the heat, and they would maintain the warmth of the trunk areas in the cold. The qualitative differences seen in thermal comfort for the various areas cannot be explained solely by the density or properties of the peripheral thermal receptors and thus must reflect processing mechanisms in the central nervous system.

  • 複数肢協調運動を用いた「リラックス」の神経機構の解析

    2008年   坂本将基

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    スポーツのいろいろな動作を行う際に「リラックスしろ」,「むだな力を抜け」といったことがよく言われる.実際,一流選手の動きは無駄な力が入らずに非常にスムースな印象を受ける.しかし初心者にとって力を抜くことは容易ではなし.これが難しい原因の一つは,ある筋群を収縮させるとき,それ以外の筋にも収縮信号が達してしまう神経機構があるからである。つまり,スポーツでの優れたパフォーマンスの実現には単に必要な筋を収縮させるばかりではなく,「不必要な筋を収縮させない(リラックスする)」ことの実現が不可欠である.本研究では,複数肢協調動作を実験モデルとして,リラックスに関わる神経機構を明らかにする.この目的に向け,同側手・足関節を対象に,一方の関節で筋収縮を,同時にもう一方の関節で筋のリラックスを行う時に生じる相互作用を動作のパフォーマンスについて明らかにした.被験者は、健常な成人男性10名である。被験者は座位をとり、右手関節に関しては動作が右手関節の背屈動作に限定されるような装置に固定した。右手足の関節角度はゴニオメータにより記録し、タスク中の筋活動を調べるために前脛骨筋(TA)、腓腹筋(GAS)、ヒラメ筋(SOL)、総指伸筋(EDM)および尺側手根屈筋(FCU)において筋電図を記録した.被験者は目を閉じた状態で、右手関節の背屈と右足関節の背屈(タスク1)、右手関節の背屈と右足関節の脱力(タスク2)、右手関節の背屈(タスク3)、右足関節の背屈(タスク4)、右足関節の脱力(タスク5)、を行った。被験者は、タスク3、4では、ブザー音を合図に脱力した状態から全速で背屈するよう指示された.また、タスク5では、ブザー音の合図で随意的な足底屈力を発揮せずに全速で脱力するよう指示された。まず手関節の動作では、筋弛緩を伴う二肢運動であるタスク2は一肢運動であるタスク3と比べて反応時間が有意に遅くなっていた.一方で、筋弛緩を伴わない二肢運動のタスク1とタスク3を比べても反応時間に有意な差は認められなかった.よって、脳が筋に送る指令を処理する早さは『何か所』に指令を出すか、ということより『何種類』の指令を出すか、ということに関連しているようである.筋弛緩を行う際、手関節伸筋の収縮を伴うタスク2に比べて、一肢の運動であるタスク5ではTAの弛緩がスムーズに行われた。以上のように『収縮』と『弛緩』という異なるタスクを行うときは両者が相互に影響を及ぼすといえる.

  • ミラーシステムに注目した全身運動の学習メカニズムの解析

    2008年   坂本 将基

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    サルが餌を「掴む」という動作を行ったときに反応するニューロンが、自らが動作を行わなくとも他の個体が同じ動作を行うのを「見た」ときに反応が見られた(Rizzolatti,2004)。これをミラーニューロンと呼び、ヒトにおいて、サル同様に運動前野を中心に反応が起こることから、ミラーニューロンシステムと呼ばれている。本研究では未経験者にとってイメージの困難であると考えられる宙返り動作と誰にでもできるジャンプ動作の映像を見たときに経験者と未経験者では脳のミラーニューロンシステムの活動がどのように異なるのかをTMSを用いて運動誘発電位(motor-evoked potential:MEP)により、検討することとした。被験者は健常な男女14人(20~23歳)であり、うち経験者群7名、未経験者郡7名で行った。被験者は椅子に座り、右腕を肘掛に乗せた状態で正面から撮影した立位姿勢(control)、宙返り動作(salto)、ジャンプ動作(jump)と、横から撮影したcontrol、salto、jumpの6つの映像を観察した。各課題観察中に、TMSにより刺激を行い、三角筋前部線維と三角筋中部線維からMEPを記録した。経験者と未経験者のsalto観察時におけるMEP振幅には、有意な差はなかった。課題間においてもcontrol観察時と比べsalto観察時やjump観察時に有意な差は見られなかった。しかし、全体として経験者はsalto観察時とjump観察時にMEPが増加する傾向が見られ、未経験者にはjump観察時にMEPが増加し、salto観察時にはMEPが減少する傾向が見られた。今後,被験者数を増やしていけば有意な差が現れる可能性も残っている。更に、正面からの動作を観察したときよりも横からの動作を観察したときの方がADとMD共に経験者に大きなMEPの増加傾向が見られたことから同じ動作であっても観察する方向によってミラーニューロンシステムの活性が違うことが示唆された。

  • 跳躍動作における下肢の「バネ」の実体の解析

    2007年  

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    Understanding the leg and joint stiffness during human movement would provide important information that could be utilized for evaluating sports performance and for injury prevention. In the present study, we examined the determinants of the difference in the leg stiffness between the endurance-trained and power-trained athletes. Seven distance runners and seven power-trained athletes performed in-place hopping, matching metronome beats at 3.0 and 1.5 Hz. Leg and joint stiffness were calculated from kinetic and kinematics data. Electromyographic activity (EMG) was recorded from six leg muscles. At both hopping frequencies, the power-trained athletes demonstrated significantly higher leg stiffness than the distance runners. Hip, knee, and ankle joints were analyzed for stiffness. Ankle stiffness was significantly greater in the power-trained athletes than the distance runners at 3.0 Hz as was knee stiffness at 1.5 Hz. When significant difference in EMG activity existed between two groups, it was always greater in the distance runners than the power-trained athletes. These results suggest that 1) the difference in leg stiffness between endurance-trained and power-trained athletes is best attributed to increased joint stiffness, and 2) the difference in joint stiffness between the two groups may be attributed to a lack of similarity in the intrinsic stiffness of the muscle-tendon complex rather than in altered neural activity.

  • アルコールのヒト体温調節機能への作用の解析

    2006年  

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     アルコールは非常に身近な嗜好物だが、多くの生理作用を持つ。体温への作用もその一つで、アルコールを摂取すると「体温が低下」することは知られている。急性アルコール中毒時には体温の急激な低下がおき、特に厳冬期にはそのために死に至る危険性もある。しかし、アルコールの体温低下作用の正確な機序は明らかになっていない。一般にはアルコールの血管拡張作用によって、皮膚血管が拡張し熱放散が盛んになる結果、体温が低下すると考えられているが、我々の日常の経験ではアルコール摂取時には「暑く」なる。もしアルコールが末梢だけに作用して体温が下がり、体温調節中枢には変化がないなら、その体温低下を抑えるためにむしろ「寒く」感じるはずである。このことはアルコールが中枢に作用して体温の調節レベルを低下させることを示唆するものである。そこで本研究ではアルコールの暑熱下での自律性体温調節反応と温熱的感覚への作用を同時に検討した。 健康な成人男性8名が実験に参加した。暑熱環境下におけるアルコール摂取(15%、3cc/kg wt.)による体温調節反応を調べた。実験条件は①環境温33℃-アルコール摂取(alcohol)、②環境温33℃-水摂取(control)の2条件で、30分のbaseline dataの測定後、アルコールあるいは水を摂取し、以後90分、各測定を行い、この2条件の結果を比較検討した。深部体温を経口式の体温測定用テレメータシステムを用いて測定し、皮膚温を熱電対にて全身8箇所で測定した。熱放散反応の指標として、胸部皮膚血流量、胸部発汗量を測定した。主観的温度感覚(暑い-寒い)は10cmの直線スケール上に被験者自身が記入する方法を用いた。 深部体温はアルコール摂取後20分で、水を摂取した場合に比べ低下した(図1)。また、皮膚血流量はアルコール摂取後20分から、発汗量は10分から上昇し始めたが、水を摂取した場合には特に変化はみられなかった。このようにアルコールを摂取すると、自律性体温調節効果器の反応は体温を低下させるように働いている。一方、行動性体温調節を駆動させる要因となる主観的温度感覚はアルコールを摂取すると、摂取前よりも「暑い」側に移動した。以上のようにアルコール摂取は自律性・行動性体温調節どちらにも体温低下を誘発するように作用することが明らかになった。アルコール摂取による体温低下はアルコールの血管拡張作用がもたらす熱損失の増加による二次的なものではなく、アルコールの体温調節中枢への直接作用によって、すべての体温調節反応に影響する結果と考えられる。

  • 手足の動作協調に関わる神経機構の解析

    2005年   村岡 哲郎

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    協調運動とは、多関節または多肢を時間的・空間的にある目的に従って制御することを要求される運動である.拍手や歩行、ドラム演奏など、我々の周囲には協調運動が多様に存在し、運動の難易度もまた様々である.本研究では、手関節および足関節の屈曲・伸展という単純な運動に着目し、パフォーマンスを定量化することで運動の難易度を序列化することを試みた. 【方法】 被験者は健常な男性4名、女性4名の計8名である.台上に仰臥位になり、手関節・足関節の屈曲・伸展運動を、5段階のメトロノーム音 (1, 1.6, 2, 2.5, 3.3 Hz) に合わせて行った.関節回転角度はポテンショメータで計測した.タスクは6種類の二肢の組み合わせパターン (両手、両足、左手足、右手足、左手右足、右手左足) に対し、2種類の方向関連性パターン (in-phase:同位相/anti-phase:逆位相) を掛け合わせた12種類を用意した.同位相 (in-phase) とは、二肢を同時に同方向に動かすことを意味し、逆位相 (anti-phase) は同時に逆方向に動かすことを意味する.各タスクは10秒間維持され、またランダムな順番で行われた.ポテンショメータから得られた二肢の動きの変位を相互相関することで、パフォーマンスの評価の指標とした. 【結果】 タスクの種類によってパフォーマンスに難易差が現れた.1)homologous limbs (両手、両足) は、inhomologous limbs (手と足の組み合わせ) よりパフォーマンスを維持しやすい.2)同位相において、ipsilateral hand-foot (同側の手足の組み合わせ) とcontralateral hand-foot (対側の手足の組み合わせ) は、同じ位パフォーマンスを維持できる.3)逆位相において、同側の手足の組み合わせの方が、対側の手足の組み合わせよりパフォーマンスが困難である. 【結論】 同位相の運動より逆位相の運動の方でパフォーマンスが低いという結果から、運動の“方向性”がヒトのパフォーマンスに強く影響を与えることが考えられる.またそれは両手、両足といった相同性器官の組み合わせにおける運動よりも、手と足、特に同側の手と足を組み合わせた運動において顕著となって現われた.

  • 手足の動作協調に関わる神経機構の解析

    2004年  

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     協調運動とは、多関節または多肢を時間的・空間的にある目的に従って制御することを要求される運動である。拍手や歩行、ドラム演奏など、我々の周囲には協調運動が多様に存在し、運動の難易度もまた様々である。本研究では、四肢による協調運動を解析した。 被験者は、立津の実験と同じ健常な男性4名、女性4名の計8名である(年齢は20~53歳)。被験者は台上に仰臥位になり、ポテンショメーターにて回転角度を測定できるレバーに対して手と足を固定した。4種の四肢の運動パターンをタスクとして設定した。(a)jump:四肢全てを同時に同方向に動かす。(b)pace:左右の同側肢は同位相、上肢・下肢は逆位相に動かす。(c)bound:左右の同側肢は逆位相、上肢・下肢は同位相に動かす。(d)trot:同側肢も上肢・下肢も共に逆位相(対側肢が同位相)に動かす。同位相とは各肢を同時に同方向に、逆位相とは各肢を同時に逆方向に動かすことを意味する。被験者は1Hzの周期で8種のタスクを10秒間ずつ全て行った。さらに周期を段階的に速くして、8つのタスクを5段階の周期(1、1.6、2、2.5、3.3Hz)で行った。この時タスクの順番はランダムにした。被験者にはメトロノーム音に同期するように、さらに無理に力を入れる必要はないができる範囲で可能な限り手・足を屈曲・伸展するように指示した。 本研究ではあるタスクで四肢の運動パターンを構成する6種の組み合わせの相互相関値の絶対値が全て0.75以上の場合にそのタスクができたと設定した。すると、jump→pace→bound→trotの順でパフォーマンスが低下した。同側肢が同位相であるjumpやpaceより同側肢が逆位相であるboundやtrotでパフォーマンスが低いことは、二肢でも同側肢の逆位相で最もパフォーマンスが低いことと合致する。ヒトのパフォーマンスには方向性が強く影響するのである。

  • 「冷え症」の生理学的機序の研究

    2003年  

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    日本では多くの女性が「冷え症」を訴えており、最近では自分が「冷え症」であると感じている男性も多くなっているようである.しかし、冷え症は西洋医学では定義されておらず、また重篤な疾患に発展することもないので、現代医学では無視されているのが実状である.むしろ冷え症は漢方医学の領域で研究されてきている.ただこれも現象論的な考察に留まっており、その実体、病因は不明である.そこで我々はこの問題を生理学的実験を行って検討した.8名ずつの冷え症群、非冷え症群の成人女性に中程度(23.5℃)の寒冷暴露を行い、そのときの体温、温熱感覚、血中ホルモンなどを測定した.被験者には「寒冷に曝されたときに他の人たちより寒さを感ずるか?」、「冷たいので夏でも素足でいるのは嫌いか?」など10の質問を行い、8つ以上の問に「Yes」と答えたものを「冷え症」、「Yes」が3つ以下のものを「非冷え症」とした.寒冷暴露中の皮膚温、深部温(直腸温)は両群に差がなかった.しかし同じ環境温度でも冷え症群は非冷え症群に比べて有意に強い「寒さ」を申告していた.また冷え症群は代謝量が有意に低値を示した.血中物質ではアドレナリン、コーチゾルなどに有意差は認められなかったが、甲状腺ホルモン(T4)が冷え症群で有意に低値であった.ただしこれは正常範囲であり「病的」とはいえない.この実験から以下のような仮説が考えられた(図5).つまり、・「冷え症」を訴える女性はそうでないものに比べて甲状腺機能が低下している.・甲状腺ホルモンは代謝を促進する作用があるので、そのような女性は低代謝、つまり熱産生量が低くなるであろう.・そこで体温を維持するためには体から逃げる熱量(熱放散)を低く抑える必要がある.熱放散量は皮膚血管の拡張、収縮で調節される.皮膚血管が収縮すれば皮膚を流れる血液量が少なくなり、外界への熱放散が少なくなる.つまり低代謝の女性は皮膚血管が収縮傾向にあるであろう.・するとその部位の皮膚温は低下する.・この反応は特に末端部(手足)から起こるので、そこに「冷え」を感ずる.一方、・低代謝への適応反応として寒冷環境を避けるような行動が促進する.・これは寒冷刺激に対する、温熱的快・不快感の鋭敏化として現れる.・つまり同じ温度条件でもより「寒さ」を感ずるようになる.以上の仮説によれは冷え症の根本原因は甲状腺機能低下による低代謝であり、末梢の「冷え」あるいは「寒さ」は体温を維持するための正常な反応の結果である.

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海外研究活動

  • Closed Skillの学習へのコーチングの影響の解析

    2017年03月
    -
    2018年03月

    ドイツ   ケルン体育大学