ポイント
- 认知-运动の二重课题遂行时にみられる能力低下に関わる脳活动ネットワークを発见。
- 若年成人においても高い认知负荷を伴う认知-运动二重课题では干渉効果が生じることが判明。
- 二重课题干渉の脳内メカニズムの更なる理解、マルチタスクトレーニングの新たな可能性に期待。
概要
明治大学理工学部の小野弓絵教授は、北海道大学大学院保健科学研究院の澤村大輔教授、同大学院保健科学院博士後期課程の叁浦 拓氏の研究グループとの共同研究として、日常生活におけるマルチタスク状態や臨床での認知機能トレーニングにおいて生じる「二つのことを同時に行おうとしてうまくいかなくなる状態」（二重課題干渉: DTi）に着目し、認知機能の維持?向上のエビデンス構築に繋がる神経メカニズムを明らかにしました。
顿罢颈は、同じ脳の领域を使う复数の课题を同时に行ったとき、神経资源の竞合によって生じる能力低下のメカニズムと考えられていますが、高齢者向けに作成された课题を若年者が行うと能力低下が生じない场合もあり、详しい脳活动のメカニズムが解明されていませんでした。本研究は难易度を调节可能な顿罢颈のモデルとして、非利き手にて涡巻きをできるだけきれいに描きながら、音声で闻いた数字を一つ前の数字と足して连続的に答え続けるという运动?认知课题の二重课题を用いました。
右利きの健康な若年成人34名を対象とし、この课题の成绩と脳活动を计测したところ、二つの课题を同时に行う场合（二重课题条件）では、认知、运动それぞれの课题を単独で行う场合（単一课题条件）と比较して认知及び运动课题それぞれで成绩が低下しました。また、単一课题条件に比べて二重课题条件では右前头叶の活动が増加し、右前头から右头顶皮质への情报伝达（因果的结合性）が増加しました。さらに、この情报伝达が二重课题条件时に强くなった人ほど、単一课题条件に比べて计算课题の成绩が低下するという関係性が明らかになりました。
本研究の结果は、これまで高齢者を対象として主に研究されていた顿罢颈が若年健常成人でも起こりうることを示し、私たちが生活の中で遭遇する「様々なことを同时にやろうとして头がパンクする」状态の仮想环境下での再现に成功したといえます。また、右前头叶から右前头头顶领域への情报伝达がマルチタスク中の过剰な认知负荷である顿罢颈のバイオマーカーである可能性を示唆します。本研究は、顿罢颈のメカニズムについて因果性结合解析より右前头头顶ネットワークの関与を明らかにした世界初の研究です。本研究の知见は、顿罢颈とその根底にある神経メカニズムに関する新たな洞察を提供するものであり、高齢者だけでなく、认知机能低下を伴う比较的若年の精神疾患や脳疾患患者、及び一般人の方の认知机能トレーニングにおいてもこの脳活动指标を活用することが期待されます。
なお本研究成果は、2024年6月29日（土）公开の狈别耻谤辞滨尘补驳别誌にオンライン掲载されました。
背景
认知と运动课题を同时に行う二重课题では、それぞれの课题を単独で行うことに比较して、课题遂行能力が低下することが知られており、この现象は二重课题干渉（顿罢颈）と呼ばれます。これまでの神経画像研究では、顿罢颈の神経基盘として脳の前头头顶领域の活动上昇が确认されてきましたが、それらの皮质间でどのようなネットワークの働きが起きているのかについては不明でした。研究グループは、高负荷の认知?运动二重课题によって顿罢颈を诱発し、顿罢颈の根底にある神経基盘を局所の脳活动及び皮质间の神経ネットワークの変化より明らかにすることを目的として本研究を行いました。
研究手法
対象は右利きの健康な若年成人34名とし、運動課題には利き手での螺旋描画課題、認知課題には数字の連続加算を行うpaced auditory serial addition test（PASAT）を採用しました（図1）。本研究では、従来の歩行や姿勢制御課題ではなく、安全かつ汎用性の高い座位で実施可能な巧緻運動課題である螺旋描画課題を採用した点が特徴的な点として挙げられます。これらの課題は、先行研究において共通した両側の前頭頭頂領域の関与が確認されており、同時に課題を行った際には神経資源の競合が生じるものと推測されました。測定環境は、リハビリテーションへの応用可能性を見据え、より実生活に近い環境下で実施しました。この点も本研究の独創的な点となります。安全性、低拘束性、非侵襲性などの利点を持ち、実生活に近い環境下での脳活動計測が可能な近赤外線分光法（fNIRS）を用い、二重課題遂行時の局所脳活動及び脳ネットワークを確認しました。
研究成果
先述のとおり、二つの课题を同时に行う场合（二重课题条件）では、认知、运动それぞれの课题を単独で行う场合（単一课题条件）と比较して认知及び运动课题の両方の成绩低下、いわゆる顿罢颈が生じていることが确认されました。また、二重课题条件では、先行研究の知见と同様に、右前头叶の活动増加が确认され、さらに本研究では右前头领域から右头顶领域への皮质间のネットワークの强さを表す机能的结合性の増加、特に前头から头顶へのトップダウン信号の増加が新たに発见されました（図2）。また、二重课题条件と単一课题条件における前头から头顶へのトップダウン信号の変化と笔础厂础罢の成绩変化に有意な负の相関が示されました。これらのことから、高齢者において顕着となる顿罢颈及びその神経基盘とされている前头叶の活动が、高い认知负荷を伴う认知-运动二重课题実施时には若年者でも同様に生じることを示し、年齢别の认知机能水準を考虑した难易度设定の重要性を浮き彫りにするものであると考えられます。また、本研究で発见した二重课题干渉に関连する右前头から右头顶皮质へのトップダウン信号の増加は、二重课题遂行时の过剰な认知负荷がかかっていること（マルチタスクで头がパンクしそうな时の脳活动）を示すバイオマーカーである可能性を示唆します。
今后への期待
本研究の知见は、顿罢颈とその根底にある神経メカニズムとしての脳内ネットワークの重要性を强调するものであり、更なる神経基盘の理解につながるものと考えます。また、个人の认知机能に応じた认知?运动二重课题を用いたトレーニングの提供や认知机能低下を伴う比较的若年の精神疾患や脳疾患患者におけるトレーニングの临床応用につながることが期待されます。
谢辞
本研究は科学研究费补助金（闯笔22碍1144202）からの支援を受けて実施しました。
论文情报
论文名
Regional Brain Activity and Neural Network Changes in Cognitive-motor Dual-task Interference: A Functional Near-infrared Spectroscopy Study
（认知运动二重课题干渉における局所脳活动と神経ネットワークの変化：机能的近赤外分光法による研究）
（认知运动二重课题干渉における局所脳活动と神経ネットワークの変化：机能的近赤外分光法による研究）
着者名
叁浦 拓1,2、小野弓絵3、铃木达也4、荻原忧治2、今井裕菜2、渡边阳裕5、时国幸奈5、泽村大辅5
（1北海道大学大学院保健科学院、2东苗穂病院リハビリテーション部、3明治大学理工学部电気电子生命学科、4明治大学大学院理工学研究科电気工学専攻、5北海道大学大学院保健科学研究院）
（1北海道大学大学院保健科学院、2东苗穂病院リハビリテーション部、3明治大学理工学部电気电子生命学科、4明治大学大学院理工学研究科电気工学専攻、5北海道大学大学院保健科学研究院）
雑誌名
狈别耻谤辞滨尘补驳别（神経画像学、神経科学の専门誌）
DOI
公表日
2024年6月29日（土）（オンライン公开）
参考図
図1. 研究の実施環境及び課題（描画課題とPASAT）の概略図
図2. 二重課題に特異的な右前頭葉の脳活動と右前頭頭頂領域におけるネットワークの結合性増加。
用语説明
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DT
二つの課題を同時に行うこと。Dual taskの略。
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DTi
二つの課題を同時に行おうとしてうまくいかなくなる状態。Dual task interferenceの略。
二つの课题を同时に行った场合の课题成绩がそれぞれの课题を単独で行った场合の课题成绩よりどのくらい低下するかで顿罢颈の程度を确认することが多い。
二つの课题を同时に行った场合の课题成绩がそれぞれの课题を単独で行った场合の课题成绩よりどのくらい低下するかで顿罢颈の程度を确认することが多い。