人は無意識的な反射を予測して身体の動きを制御している…
｜ 脳・神経
運動神経が必要なのは、スポーツや楽器演奏といった高度なスキルが求められる場面ばかりではありません。グラつかづに立ったり、初めの一歩を歩みだしてまっすぐ歩くといった何気ない動きの背後にも、小脳と大脳皮質との連携プレーが、活躍しています。姿勢維持で大切な機能の1つに予測的姿勢調節があります。例えば、机に置いたペットボトルを右手で取って、立ったまま飲む動作について考えてみましょう。
片腕の重さは、約4〜5キロ。右腕を前に差し出すだけでも重心の位置は、前になるはずです。ペットボトルを持つと更に重心が前に振られます。それでも倒れないのは、腕を伸ばす前に、重心が前へ移動しても平気なように体幹や下半身の筋肉を適度に制御・抑制するからです。これが予測姿勢調節であり、その一連の命令も小脳が深く関わっています。スポーツでは、ペットボトルを手で取るよりも遥かに複雑な動作を組み合わせていますので、予測姿勢調節は、一層重要になります。
このようにスポーツでのスーパープレーから我々の何気なく行っている日常の動作まで、脳からの指令だけでなく筋肉や皮膚からの信号が脊髄を通じて生じる反射が、身体の動きを支えています。
その1つである伸張反射が、多感覚統合による身体表象を介して調整されることが、最新の研究成果より分かってきました。反射による運動制御が、従来考えられてきたより高度な脳内情報処理を経て行われている可能性を示唆しています。反射による運動制御とは、外界からの刺激に対して、意識を介さずに運動応答を生成する仕組みです。反射は、筋肉や皮膚からの信号が脊髄を通じて生じることで、無意識のうちに筋肉を動かす仕組みです。
反射による運動制御の仕組み
・感覚器官（皮膚や筋肉など）が刺激を受け取る
・刺激が脊髄に伝わる
・脊髄から運動神経を通じて筋肉に信号が伝わる
・筋肉が動く
反射による運動制御は、随意運動（意識を介して行われる運動）よりも高速な応答を引き起こします。そのためスポーツにおける相手の動きへの対応や、日常生活における歩行や立ち上がり、物への手伸ばしなどの動作に役立っています。反射は、危険からとっさに身を守るときや、身体のはたらきを調節するときなどに役立ちます。例えば、口の中に食べ物を入れるとだ液が出るのは、身体の働きを調節する反射です。
反射は、神経学的障害を診るのに有効でもあります。中枢神経系の障害では病的反射が見られることもあります。
伸張反射の仕組みと機能
伸張反射は筋の受動的な伸展によって生じる反射で、主に姿勢を安定に保つうえで重要な役割を果たすと考えられています。
例えば歩いている時に、たまたま小石につまづいて予測しない姿勢の変化が生じると、筋の伸び縮みや腱の弾かれた変化を捉える受容器である筋・腱紡錘が反応し、筋・腱が伸ばされたという情報を上行性の感覚信号として脳・神経中枢に伝達します。この信号は随意運動とは異なる脳部位や神経経路で処理され、伸ばされた骨格筋を収縮させる運動応答を生成します。伸張反射応答は脊髄レベルの神経経路によって生じる短潜時成分と、大脳皮質運動野まで含む神経経路を経て生成される長潜時成分とを含むことが明らかになっています。
較的応答の遅い長潜時の伸張反射でさえ、刺激の入力から極めて短い反応時間で筋活動が発生するため、反応に少し時間のかかる随意運動と比較して、素早く姿勢の変化を補償することができると考えられています。
伸張反射は入力刺激に対して常に一定の応答が生じるわけではなく、課題や環境の変化に依存して応答の調整がみられることが、これまでの先行研究で示されています。脳はこのような反射系の調整を通して、状況に応じた柔軟な運動制御を行っていると考えられます。
しかし調整計算のために脳内でどのような情報処理が行われているかについての詳細は分かっていません。一例として、 伸張反射の調整が体性感覚情報のみに基づくのか、あるいは視覚情報など他のモダリティにおける感覚情報も統合した身体表象を利用して行われているのかについてはこれまで未解明でした。
運動中視覚情報を操作し伸張反射に影響がみられるか⁈
身体状態に応じた伸張反射の調整の仕組みについて、 2つの仮説が考えられますが、 1つは、伸張反射は体性感覚入力によって生じる応答であることから、その調整も体性感覚に依存して行われるという考え方と、1つは、体性感覚情報に加え視覚情報など他のモダリティの感覚情報も統合した身体表象を介し、より精度良く身体状態を推定し、反射応答の調整に使用しているという考え方です。これらの仮説のどちらがより確からしいかを検証するため、視覚情報を実験的に操作し、 それにより伸張反射が影響を受けるかを専用マシンでの動作を通じて調べてみることにしました。
D.R.E腕マシンを用い、手首の屈曲運動による視覚目標への到達課題を行ってみましたところ、とても良き反応が得られていますので、もう少し検体数を増やして臨床実験に取り組みたいと思います。Instagramで時々その模様をご覧頂くことが出来ます。
