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12歳までの運動経験が、後年の認知機能を維持・増進させる可能性-神戸大ほか

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2021年06月03日 AM11:45

幼少期の運動と後年の認知機能維持・増進に関係する脳の機能的・構造的変化は不明だった

神戸大学は6月2日、幼少期における運動経験が後年の認知機能の維持・増進に関与する脳の神経ネットワークと皮質構造の変化を解明したと発表した。この研究は、玉川大学脳科学研究所の松田哲也教授、神戸大学大学院人間発達環境学研究科の石原暢助教らの研究グループによるもの。研究成果は、「NeuroImage」に掲載されている。


画像はリリースより

過去10年の研究から、幼少期の運動は認知機能の発達を促すことが示されてきた。最近では、その効果が中高齢期まで持続することが示唆されている。しかし、幼少期の運動が後年の認知機能の維持・増進に関係する脳の機能的・構造的変化は明らかにされていなかった。

研究グループは今回、幼少期の運動経験と後年の認知機能の関係を調べ、その関係の背景にある脳の構造的・機能的変化を、磁気共鳴画像法(MRI)を用いて明らかにした。

214人の若年成人〜高齢者を対象に、反応抑制や脳の構造や密度などを調査

研究では、214人の若年成人〜高齢者(26〜69歳)を対象に、幼少期の運動経験と認知機能の関係およびその関係に関わる機能的・構造的脳内ネットワークと皮質構造を調べた。幼少期の運動経験は質問紙で調査。認知機能の1つである反応抑制(不適切な行動を抑止する機能)をGo/No-Go課題を用いて測定した。

さらに、核磁気共鳴画像法(MRI)を用いて得られた脳画像データを解析し、脳の構造的・機能的領域間結合、皮質の厚さ、髄鞘化、神経突起の方向散乱の程度と密度の指標を算出した。各脳機能・構造指標は、米国「Human Connectome Project」によって360に分割された領域ごとに取得。統計分析の際には、質問紙調査から得られた対象者の学歴、両親の学歴、きょうだいの有無、大人になった後の運動経験などの交絡因子を統計学的に制御した。

運動経験のある人は、ネットワークのモジュール分離と左右半球間の構造的結合の強化で、誤答率が減少する可能性

まず、幼少期の運動経験の有無とGo/No-Go課題の誤答率の関係を分析した。その結果、児童期(〜12歳)に運動経験を有していた対象者は運動経験を有していなかった対象者と比較して、誤答率が低いことがわかった。また、児童期の運動経験と誤答率の関係は、対象者の年齢にかかわらず認められた。一方、思春期以降の運動経験は、課題成績と関係が認められなかった。

次に、児童期の運動経験を有している人のGo/No-Go課題の誤答率と関わる脳の構造的・機能的領域間結合を調べた。その結果、脳の構造的領域間結合に関しては、児童期の運動経験を有している人は、Go/No-Go課題の誤答率と正の相関関係を示す結合と負の相関関係を示す結合が認められた。Go/No-Go課題の誤答率と正の相関関係を持つ構造的領域間結合の大半(73%)は大規模ネットワーク間の結合だった。一方、Go/No-Go課題の誤答率と負の相関関係を持つ構造的領域間結合の大部分(88%)が左右の半球間の結合だった。機能的領域間結合に関しては、児童期の運動経験を有している人では、Go/No-Go課題の誤答率と正の相関関係を示す結合が認められたが、負の相関関係を持つ結合は認められなかった。Go/No-Go課題の誤答率と正の相関関係を持つ領域間結合の大部分(91%)は、大規模ネットワーク間の結合だった。児童期に運動経験を有していなかった人では、Go/No-Go課題の誤答率と関わる脳の構造的・機能的領域間結合は認められなかった。

最後に、児童期の運動経験を有している人のGo/No-Go課題の誤答率と関わる脳の皮質構造指標を調べた。その結果、児童期の運動経験を有している人では、脳の皮質厚とGo/No-Go課題の誤答率の間に負の相関関係が認められ、神経突起の方向散乱の程度ならびに密度とGo/No-Go課題の誤答率の間に正の相関関係が認められた。以上の結果から、児童期に運動経験を有している人は、ネットワークのモジュール分離と左右半球間の構造的結合の強化によって、Go/No-Go課題の誤答率を減らしていることが示唆された。

児童期の運動で脳内ネットワークの最適化が促進、後年の認知機能の維持・増進につながることを示唆

今回の研究成果により、児童期の運動経験と認知機能の関係は、脳内ネットワークのモジュール分離、左右半球間の構造的結合の強化、皮質の厚さの増大、神経突起のちらばりと密度の減少によるものであることが示唆された。

「環境や経験に依存した脳内ネットワークの形成に敏感な児童期に運動を行うことで、脳内ネットワークの最適化が促され、後年の認知機能の維持・増進につながると考えられる」と、研究グループは述べている。

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