ピアニストの巧みな指さばきを叶える生体機能の仕組みを発見 ソニーコンピュータサイエンス研究所

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ソニーコンピュータサイエンス研究所は2019年7月26日、ピアニストの巧みな指さばきを叶える感覚運動統合機能の仕組みを発見したと発表した。

皮膚が感じる皮膚感覚と筋肉や関節などが感じる固有感覚は、体性感覚と呼ばれる。研究グループは、この体性感覚情報がピアニストなどの巧緻運動や技能獲得にも関係すると考え、ピアニストと、訓練を受けていない一般の人を対象に、手指の巧緻運動と体性感覚機能の関連を調べた。

体性感覚と運動出力の関係

研究では、定電流刺激装置や外骨格ロボットハンドで手指に皮膚感覚と固有感覚を生じさせ、各情報の大脳皮質における処理過程を、脳波測定や脳への磁気刺激を用いて評価するシステムを開発した。

脳波計で脳神経活動を測定したところ、皮膚感覚の入力によって大脳皮質一次体性感覚野周辺に反応(体性感覚誘発電位:SEP)が観察されたが、SEPの振幅はピアニストと一般人で同程度であった。

また、SEPが生じるタイミングに、一次運動野において人差し指の筋肉を支配している領域を磁気刺激し、反応(運動誘発電位:MEP)を測定したところ、単に一次運動野だけを磁気刺激したときよりもMEPが小さくなった。この結果は、皮膚感覚が一次運動野の活動にブレーキをかけていることを示すという。

次に、固有感覚に関して同様の実験を行ったところ、SEPの最大振幅はピアニストと一般人で同程度だったものの、感覚入力から反応が生じるまでの時間がピアニストは一般人と比べて短く、ピアニストはより早く効率的に固有感覚情報を処理していることが分かった。

各反応が生じるタイミングで一次運動野を磁気刺激し、得られたMEPを観察したところ、固有感覚の入力による抑制現象がピアニストでは主に見られた。この現象は、関節が硬くならないように固有感覚が一次運動野を調整する機能が、ピアニストは発達していることを示すという。

さらに同研究により、素早く正確に手指を制御する能力と体性感覚機能の間に密接な関連があり、脳神経系が巧緻運動に最適化されているかが、熟達者の個人差を生む要因となっていることを明らかにした。

同研究の結果は、熟達者の運動技能の個人差を生む機序の解明、さらには、生体機能の個人差を考慮して運動技能を向上させるテイラーメイド練習法や、過剰な訓練によって巧緻運動機能が低下する脳神経疾患の早期発見、リハビリテーション法の開発など、さまざまな分野への波及効果が期待されるという。

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