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繰り返し运动の上达には、“时々”目を使うのがコツ！―周期运动に特有な运动误差情报の脳内処理メカニズムが明らかに―研究成果
繰り返し运动の上达には、“时々”目を使うのがコツ！ |
平成24年1月17日
独立行政法人 情報通信研究機構
国立大学法人 東京大学大学院 教育学研究科
株式会社 国際電気通信基礎技術研究所
独立行政法人 情報通信研究機構（以下「NICT」、理事長：宮原 秀夫）、国立大学法人东京大学大学院 教育学研究科（研究科長：市川 伸一）及び株式会社 国際電気通信基礎技術研究所（以下「ATR」、代表取締役社長：平田康夫）は、視覚的情報に基づいてリズミカルな反復運動（周期運動）を学習する場合、運動の視覚的情報を常に与えられるよりも、数サイクルに1回だけ与えられる方が、むしろ学習の到達度（上手さ）が向上することを明らかにしました。これは、絶え間なく与えられる運動の視覚的情報が、脳にとっては、運動の学習を促進するどころか、かえって阻害するように働いてしまうという周期運動の学習に特有の運動情報処理機構によるためです。直観に反することですが、繰り返し運動を上手く学習するコツは、「たまに目を闭じるなどして、運動の視覚的情報を受け取り過ぎないこと」なのです。
なお、この成果は、米国神経科学学会誌 『The Journal of Neuroscience(ニューロサイエンス)』*1 2012年1月11日号に掲載されました。
【背景】
一般に、バスケットのドリブルのような繰り返し动作を伴う周期运动を学习して上达していくには、実际の运动と目标とする运动との违いを常にしっかりと见定めることが重要であると直感的には感じます。
ドリブルのほかにも、歩行、楽器演奏、タイピングなど、繰り返し动作を伴ういわゆる「周期运动」は、我々の日常生活や文化的活动にとって重要な运动形态の一つです。しかしながら、これまで运动学习に関する脳内メカニズムの研究は、主に一回きりの运动（物を投げたり、何かに手を伸ばしたりといった「离散运动」）を対象に行われており、日常运动の大きな部分を占める「周期运动」の学习メカニズムについては、よく分かっていませんでした。
そこで今回、我々は、「周期運動」を学習する場合に、脳が視覚的な誤差情報（実際の運動と目標の運動との“ずれ”）をどのように処理し、運動を修正?学習しているのかを、“システム同定＊2” というデータ解析手法を用いて調べることにしました。
【今回の成果】
実験の结果、実际の运动と目标の运动との间のずれの情报（运动误差情报）が、视覚を介して脳に入ると、脳はこの运动误差情报に基づいて、次の运动を行うときには误差が减るように运动指令を修正していました。ところが、この运动误差情报は、次のサイクルだけでなく、更にその次のサイクル及びそれ以降（以下2サイクル后以降と表记)の运动指令の修正にも影响を与えており、しかもその影响は、学习を促进するどころか、かえって阻害するように働いていることが明らかになりました。
运动误差情报が2サイクル后以降の运动指令の修正に阻害的な影响を及ぼすのであれば、运动の视覚的情报を数サイクルに1サイクルだけ间欠的に与えることで、运动学习の到达度は向上するはずです。様々な视覚情报提示条件において、周期运动の学习成绩を调べたところ（図2）、我々の予测どおり、运动の视覚的情报を4サイクルに1サイクル、あるいは5サイクルに1サイクルだけ与える方が、毎サイクル与えるよりも、运动课题に対する学习成绩が向上することを见出しました。
本研究によって、周期运动の学习においては、运动の误差情报が学习を促进するだけでなく、阻害するものにもなり得ることを、今回初めて示すことができました。过度な运动情报のフィードバックは、かえって学习を阻害するという结果は、スポーツの练习法やリハビリテーション手法に対して実践的な示唆を与えるものです。
【今后の展望】
今回、脳が运动の视覚的な误差情报をどのように処理しているかを明らかにしました。我々は、このように脳の情报処理の仕组みの理解を更に进めていくことが、より効率的な运动技能の获得や再获得法の开発につながると考えています。
＜ 研究内容に関する 問い合わせ先 ＞
独立行政法人情报通信研究机构
未来滨颁罢研究所 脳情报通信研究室
池上 剛
国立大学法人东京大学大学院
教育学研究科 身体教育学コース
野崎 大地
＜広報 問い合わせ先 ＞
独立行政法人情报通信研究机构 広報部 廣田 幸子
国立大学法人東京大学 教育学部庶務チーム 権藤 智香子
株式会社 国際電気通信基礎技術研究所 広報担当 福森 えい子
＜用语解説＞
*1 米国神経科学学会誌 『The Journal of Neuroscience(ニューロサイエンス)』
米国神経科学学会（丑迟迟辫://飞飞飞.蝉蹿苍.辞谤驳/）のオフィシャル雑誌。
*2 システム同定
実験データに基づいてシステムに対する入出力の动的特性を决定する工学的手法。
*3 マニピュランダム
运动学习研究等に用いられるロボットアーム実験装置。今回の実験では、被験者はハンドルを握ってアームを动かすことによってスクリーン上のカーソルを操作する。このときのハンドルの位置、速度を精密に计测できる。
＜関连情报＞
米国神経科学学会誌 『The Journal of Neuroscience』 2012年1月11日号
URL: http://www.jneurosci.org/content/32/2/653.full.pdf+html
Tsuyoshi Ikegami, Masaya Hirashima, Rieko Osu, and Daichi Nozaki, “Intermittent Visual Feedback Can Boost Motor Learning of Rhythmic Movements: Evidence for Error Feedback Beyond Cycles”, The Journal of Neuroscience, 11 January 2012, 32(2):653-657; doi:10.1523/JNEUROSCI.4230-11.2012
＜＜补足资料＞＞
【研究の概要】
「私たちは、新しい運動技能をどのような練習方法で、“より早く、より上手に” 学習できるのでしょうか？」
目标とする运动を学习するとき、“脳”は、実际の运动と目标の运动とのずれ（误差）をフィードバック情报として受け取ります。脳は、この误差情报に基づいて、次に运动を実行するときに运动误差が减るよう运动指令を修正します。この枠组みの下では、「运动误差情报」は运动学习を促进する原动力であり、学习を効率的に进める上では常に好ましいものと考えられてきました。
しかし、物を投げたり、何かに手を伸ばしたりといった「一回きりの运动（离散运动）」とは违って、拍手や歩行のようにリズミカルな「反復运动（周期运动）」を行う场合、脳は、连続的に运动误差のフィードバック情报を受け取ることになります。絶え间なく次々と入力される、膨大な情报を処理することは、脳にとって决してたやすいことではないと考えられます。
そこで、今回、周期运动における运动误差情报が、脳によってどのように処理され、その后の运动修正に用いられるのかを解明すべく、実験を行ってきました。
【実験方法と结果】
■実験1■
被験者に、マニピュランダム*3のハンドルを动かして、画面上のカーソルが2つのターゲットの间を周期的に往復するよう运动を行ってもらいました（図1）。このとき、画面上のカーソルの动きと実际のハンドルの动きが、常に食い违うように人為的な误差を作り出し、この误差がその后のサイクルでどのように修正されるかを调べました。
■结果1■
视覚的な误差情报に基づいて运动指令が修正されるプロセスを数学的にモデル化し、実际のデータに适合させてみたところ、あるサイクルで生じた运动误差の情报は、その次のサイクルではその误差を打ち消すよう运动指令を修正していることが分かりました。この结果は、运动误差情报が运动学习を适切な方向に导く、という従来の知见と合致するものです。ところが、惊いたことに、実験1の结果から、运动误差情报が次のサイクルだけでなく、2サイクル后以降の运动指令の修正にも影响を与えており、しかもその影响は学习を促进するどころか、かえって阻害するように働いていることが明らかになりました。
図1： カーソルを2つのターゲット間で周期的に往復させる運動課題
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■実験2■
运动误差情报が2サイクル后以降の运动指令の修正に阻害するという结果が事実であれば、运动の视覚的情报を常に被験者に与え続けるよりも、数サイクルに1サイクルだけ间欠的に与えた方が运动学习の促进が観察されるはずです。なぜなら、运动误差情报の2サイクル后以降の运动学习系への害悪的な影响を遮断することができるからです。
このことを确かめるために、次に、実験1と同じ実験システムを用いて、ハンドルとカーソルの动きが30度ずれる状况に被験者がどのように适応していくかを调べました。
■结果2■
运动サイクルが増すにつれて目标からの误差が小さくなっている、つまり、学习が进んでいることが分かります。この中で、学习の到达度（上手さ）は、视覚情报の提示の频度によって异なっており、この実験2のタスクにおいては、4サイクルに1回程度のフィードバックが学习の到达度を向上させていることが见て取れます（図2）。
この结果から、予想どおり、运动の视覚的情报を4サイクルに1サイクル、あるいは5サイクルに1サイクルだけを与える方が、毎サイクル与えるよりも运动课题の学习成绩が向上する、ということを発见しました。
図2： 様々な视覚情报提示条件における运动学习成绩
（各データは10サイクル毎の运动误差の平均値）
