HOME総合情報概要・基本データ刊行物教養学部報609号(2019年5月 8日)

教養学部報

第609号 外部公開

パラリンピックブレイン ─ニューロリハモデルとしてのパラアスリートの脳─

中澤公孝

「パラリンピアンの脳は神経リハビリテーションの最良モデルである」、私たちは、この視点からパラリンピアンの脳の特異性と、それをもたらす神経機序について研究しています。パラリンピアンは例外なく何らかの障害を有しています。障害は先天性にせよ、中途にせよ、脳の代償性変化を誘導することが知られていますが、パラリンピアンの脳においては、この代償性変化に加えて、競技トレーニングに伴う使用依存的変化が生じるため、著明な脳再編が生じると考えられます。この脳の再編は、競技パフォーマンスを最大化するための限界に近い身体トレーニングと、勝利や記録突破をめざす高いモチベーションがもたらすものであり、人間にとって最高水準の脳再編とみることができます。そのような脳の再編がいかなる神経機序の基に生じるのかを解明することは、リハビリテーションにおいてより効果的、効率的な機能回復を誘導する介入法の開発につながることが期待できます。例えば、最近、待望の臨床応用開始が伝えられたiPS細胞による脊髄損傷の治療を考えてみましょう。脊髄損傷の中でも、特に重度の損傷である完全損傷では、脳と脊髄との連絡が文字通り損傷部で完全に途絶されます。この損傷部にiPS細胞を移植すれば、コンセントに電源ケーブルのプラグを差し込むと一瞬にして電気がつながるように脳との連結が一気になされるのでしょうか? 答えは間違いなくNOです。むしろ期待されるのは、とにかく脳との信号のやり取りがわずかでもいいので可能となることです。それが可能となれば、その時点からリハビリによる脊髄と脳の神経回路の再編が機能回復の帰結を決定的に左右する肝となるのです。再生医療がますます進歩すると予想される今こそ、人間の組織(ここでは中枢神経)が本来有する再編能力を如何に引き出すのか、この課題解決に向けた基礎研究を加速することが急務といえます。そのような視点に立つとき、パラリンピアンの脳は実に多くのヒントを与えてくれます。パラリンピアンの脳研究をきっかけとして、いわばトップダウン的に、その再編を成立せしめるメカニズムを解明するための研究が次々に展開されていくことが期待されます。この記事の後半では、これまで私たちが研究したパラリンピアンの脳の再編に関する一例を紹介したいと思います。
図1をご覧ください。これは世界的に有名な義足の幅跳び選手が下肢の各関節周りの筋肉に力を入れたときに、脳のどの部位が活動するかを調べた実験の結果です。図中、矢印で示した辺り(色が薄くなったり濃くなったりしている部分)がそれぞれの関節に力を入れたときに活動していた領域です。通常、脚の筋肉に力を入れる時は、その脚と反対側の脳の頭頂部に近い当たりが活動します。この図でいえば、彼が義足側の膝周りの筋を活動させたとき以外はすべてそのような活動がみられました。ところが義足を最終的に動かしている膝関節周りを動かした時にのみ、両側の脳の活動が観察されたのです。私たちはこのような結果を全く予想していなかったためかなり驚いたのですが、その後、彼と同じ膝下切断で競技をしていない人たちを何人も調べたところ、両側の脳が活動する人はいませんでした。しかしやはりパラリンピック選手で、高跳びの選手を調べたところ、彼と同じ両側の脳活動がみられたのです。ここに至って私たちは、この高跳び選手に次の仮説を証明するための実験に参加することをお願いしました。その仮説とは、「両側の脳活動の中で特に、動いている筋と同側の脳の活動は、運動野と脊髄運動ニューロンをつなぐ経路(皮質脊髄路)が活動していることと関係している」というものです。この仮説を検証するために経頭蓋磁気刺激という方法を用いました。もし同側の脳活動が皮質脊髄路の活動を反映しているのであれば、その部位の細胞を刺激して神経インパルスを誘導すれば、それが結合している脊髄運動ニューロンが発火し、結果、支配筋に誘発反応が生じるはずである、という仮説の基に実験を行ったのです。その結果、見事に同側の筋肉から強い誘発反応が観察され、同側の皮質脊髄路が活動していることが明らかとなりました。皮質脊髄路とは、そもそも私たちが意志の基に運動するときに主役となる神経経路であり、手先の巧みな動作などが得意な人間においてもっとも発達している経路です。しかし通常は上記したように反対側の脳からの皮質脊髄路のみが働くのであって、同側の経路は健常者では働いていません。その経路が、今回調べた義足の高跳び選手においては、義足を最終的に動かしている筋においてのみ使われていることが分かったのです。このことは、おそらく日常生活では必要の無い、競技特有の運動技術を習得するためのトレーニングに関係していると予想できます。つまり、競技に必要とされる極めて高度な義足操作技術を習得する過程で、通常は使われていない同側の神経経路まで使われるようになったと考えられるのです。従来、同側の皮質脊髄路は脳性麻痺の子供や脳卒中の後遺症が残った方で使われることがあることは知られていました。しかしそれが義足アスリートでみられるとは、まったく予想していなかったことでしたので、かなりの驚きだったのです。
以上、義足アスリートの例を紹介しましたが、紙面の都合上、これで今回は終了となります。まだまだご紹介したい研究結果がありますので機会があれば改めてご紹介できればと思います。

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図1 義足の幅跳び選手、非競技者、健常幅跳び選手の膝関節周囲筋収縮時脳活動領域の比較。両側性の運動野活動が認められたのは義足幅跳び選手の義足側膝関節のみであった。

(生命環境科学/スポーツ・身体運動)

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