医療従事者・研究者用ノート / 一般向けノート

運動記憶と有酸素運動

運動記憶は身体にどのような運動指令を出せば、どのように動くかという感覚運動情報に関する内部モデルです。この運動記憶が有酸素運動によって長期的な保持が向上することが様々な研究で明らかになっています。

本日は、運動技能の練習直後に１回の有酸素運動を行なった場合の運動記憶の時間依存的な効果の影響を脳波と筋電図を用いてを調べた研究を紹介します。

タイトル：Acute cardiovascular exercise promotes functional changes in cortico-motor networks during the early stages of motor memory consolidation.

著者：Maso FD, Desormeau B, Boudrias MH and Roig M.

雑誌：NeuroImage. 2018; 174: 380-392.

研究の背景

私たちの脳は、運動技能を習得中にコード化された感覚運動情報を記憶しています。運動技能の練習後に有酸素運動を１回行うと運動記憶を含むさまざまな種類の記憶が保持されることが示されています¹⁾。

例えば、視覚運動追跡課題を練習した直後に高強度の有酸素運動を行うと、運動記憶の統合を強化することで新たに獲得した技能の長期的な保持が向上することが示されています²⁾。また、有酸素運動は、皮質脊髄路における一過性の神経可逆性変化を誘発する可能性があり³⁾、これは運動記憶の統合を促進し、技能保持を向上させる可能性があります⁴⁾。

例えば、連続した運動課題を練習した直後に有酸素運動を１回実施し、一次運動野にTMSで刺激すると皮質脊髄路の興奮性を増加することが報告されています。また、統合の初期段階（運動技能取得後〜２時間）における皮質脊髄路の興奮性の増加は技能保持の向上と関連していたと報告しています⁴⁾。

しかし、有酸素運動が運動記憶の統合に及ぼす時間依存的な効果のメカニズムは明らかではありません。

本研究では、運動技能の練習直後に１回の有酸素運動を行なった場合の運動記憶メカニズムへの影響を脳波と筋電図を用いて調査しました。

方法

・被験者は右利きの健常者25名でコントロール群13名と運動群12名に分けられた。

・除外基準は36歳以上、神経学的または筋骨格系の疾患がある、短期記憶テストのスコアが標準的な年齢スコアと乖離しているであった。

・被験者は運動技能中（ハンドグリック課題と視運動追跡課題）に脳波と筋電図（橈側手根屈筋、橈側手根伸筋、第一背側骨間筋）を記録した。その後、運動群は15分間のエルゴメーターで高強度インターバルサイクリングを行い、コントロール群は15分間休息した。その後、30分後、60分後、90分後に脳波と筋電図を測定しながら運動技能課題を行なった。さらに8時間後と24時間後に視運動追跡課題を実施した。

結果　

・両群ともに8時間後では運動技能が低下していました。しかし、24時間後では、両群とも運動技能は向上しており、さらに運動群はコントロール群と比較して有意に向上してました（図１）。

・運動後では、左右の感覚運動野に位置する領域のβ帯が有意に増加していました。

まとめ

・本研究では、運動技能の練習直後に１回の有酸素運動を行なった場合の運動記憶メカニズムへの影響を脳波と筋電図を用いて調査しました。

・その結果、運動練習直後に１回の運動を行うことで24時間後の運動技能の定着が促進されることが確認された。また、運動により両感覚運動野の脳波においてβ帯の増加を誘発することが明らかとなりました。

・運動後の運動技能の保持には、β帯が関連していることが示唆されました。

・24時間後に運動技能が向上したことについては睡眠の影響が考えられます。先行研究の報告によると運動記憶には一定期間の睡眠後に安定化することが示されています⁵⁾。また、本研究室の過去の未発表のデータでも視運動追跡課題の練習後のパフォーマンスの向上は睡眠に依存していることが明らかになっています。

関連書籍

身体性システムとリハビリテーションの科学1 運動制御新品価格 ￥3,520から (2020/8/5 11:35時点)

参考文献

1. Roig, M., Nordbrandt, S., Geertsen, S.S., Nielsen, J.B., 2013. The effects of cardiovascular exercise on human memory: a review with meta-analysis. Neurosci. Biobehav. Rev. 37 (8), 1645–1666
2. Roig, M., Skriver, K., Lundbye-Jensen, J., Kiens, B., Nielsen, J.B., 2012. A single bout of exercise improves motor memory. PLoS ONE 7 (9), e44594
3. Singh, A.M., Staines, W.R., 2015. The effects of acute aerobic exercise on the primary motor cortex. J. Mot. Behav. 47 (4), 328–339.
4. Singh, A.M., Neva, J.L., Staines, W.R., 2016. Aerobic exercise enhances neural correlates of motor skill learning. Behav. Brain Res. 301, 19–26.
5. King, B.R., Hoedlmoser, K., Hirschauer, F., Dolfen, N., Albouy, G., 2017. Sleeping on the motor engram: the multifaceted nature of sleep-related motor memory consolidation. Neurosci. Biobehav Rev. 80, 1–22.