EMG-バイオフィードバックバランストレーニングがホフマン反射に及ぼす影響

転倒による怪我は世界的に大きな問題となっており、最も重篤な怪我には股関節骨折や脳の外傷が含まれており、高齢者の死亡の46%を占めています。 転倒の危険因子を詳細に分析した結果、バランス障害と異常な歩行が最も強い要因であることが判明しました（Chen et al., 2021）。 姿勢の神経制御が年齢に応じて変化することは驚くべきことではありません。 高齢者の転倒はますます問題となっており、病状、死亡率、医療サービス利用率の増加につながっています。 65 歳以上の高齢者の約 40% は、たとえ健康であっても、少なくとも年に 1 回は転倒を経験しています (Bakker et al., 2024)。 バランスは、個々の日常活動を完了するために直立バランスを維持する必要があるため、転倒を防ぐために必要な重要な能力です。 参加者の姿勢バランスを評価するには定量的な評価が必要です。 フォースプレートは、実験室と臨床現場の両方で広く使用されている信頼性の高いバランス評価方法である機器です（Chen et al.、2021）。 過去 30 年間にわたり、年齢と姿勢制御の影響を分析する多くの研究が行われてきたにもかかわらず、転倒および転倒に関連した怪我による死亡者数は増加し続けています。 加齢が姿勢制御の神経メカニズムにどのような影響を与えるかを明らかにするには、さらなる研究が必要です。 具体的には、バランストレーニングが姿勢制御の改善につながり、高齢者の転倒を減少させるメカニズムを理解する必要があります(Bakker et al., 2024a)。

ホフマン (H) 反射として知られる貴重な神経生理学的測定値は、姿勢に対して高い感度を持っています。 H 反射振幅の測定は、バランス トレーニングに伴う脊椎興奮性の変化の有無を検出するために使用できます。 これは比較的単純な手法であり、研究のための興味深いツールとなっています (Theodosiadou et al., 2023)。 H 反射は、脊椎のメカニズムを強調する運動制御の研究で数十年にわたって使用されてきました。 これは、脊髄の興奮性、または運動ニューロンと 1a 求心性神経の間でシナプス伝達がどの程度効果的に起こるかを分析するためのツールとして一般的に使用されます。

バランストレーニングでは、参加者が立った状態で筋肉の電気信号を通じて画面上のオブジェクトを制御する筋電図法（EMG）バイオフィードバックを実装できます。 EMG に使用されるセンサーは痛みや侵襲性がなく、特定の筋肉または筋肉群の障害をターゲットにするために適用できます。 EMG バイオフィードバック システムは、リアルタイム EMG 信号を通じてユーザーの意図したゲーム コントロール入力を予測する分類器を作成します。 この革新は、センサーを上肢と腕に配置して下肢と上肢の信号のデータを収集することによって実現され、運動パフォーマンスとゲームの成功を参加者のバランスに焦点を当てることができます (Park et al., 2022年）。 慢性脳卒中を患う参加者を対象に、下半身（前脛骨筋）のEMGバイオフィードバックトレーニングを3週間にわたって18セッション（各40分）実施すると、バランスや筋力などの運動制御の成果が改善することが示された（Tsaih et al., 2018）。

EMGバイオフィードバックの神経生理学的効果をさらに理解するために、高齢者における4週間のバランストレーニングの前後のH反射振幅とバランスボードテストの結果を測定することにより、脊髄反射の興奮性の変化を分析する予定です。 バランスを改善するこの介入に関する研究は発表されていますが、筋電図バイオフィードバックトレーニングが脊髄反射の興奮性も変化させるかどうかを調査した研究はありません。 この介入は、高齢者の脊髄反射とバランスを改善し、将来の転倒を防ぐ可能性があります。 この介入により、健康な高齢者集団全体で重傷を軽減できる可能性があり、H 反射の振幅の変化は平衡感覚の変化と関連している可能性があります。 1か月にわたるバランストレーニング後のH反射の振幅の変化を調査した研究では、バランスの改善とH反射の振幅の減少の持続性を確認するための追跡評価は行われていません。

方法:

参加者は最初に研究室を訪問し、3 つの機能評価と 1 つの神経生理学的評価を完了します。 機能評価では、立位でのバランスを測定します。 これらのバランス評価には約 10 分かかります。 完了します。 筋肉活動の測定には、ふくらはぎ (ヒラメ筋) の筋肉のけいれんを引き起こす膝の後ろの非侵襲的な刺激が含まれます。 このホフマン反射の評価は各脚に対して行われ、バランスに寄与すると考えられる脊髄内の回路の活動を反映します。 この手順には各脚で約 20 分かかります。

参加者は、この研究の主任研究者によってバランストレーニングまたはバイオフィードバックバランストレーニングのグループにランダムに割り当てられますが、参加者にはどのグループに割り当てられたかは知らされません。 参加者がどのグループに割り当てられているかに関係なく、上半身と下半身の筋肉に電極が配置され、リード線を使用して EMG システムに接続され、バランスを必要とするコンピューター ゲームを 30 分間クリアすることになります。 それぞれのトレーニングセッション。 バランストレーニング中は、杖や歩行器などの補助器具は使用しません。 バランストレーニング中、参加者は時々休憩したり、座ったりすることができます。 この研修は週4回、計16回行われます。 どちらのグループも立位バランストレーニング中にコンピュータゲームを体験します。

最後のセッションの翌日、フォローアップ評価セッションを完了します。このセッションには、3 つの機能バランス テストの完了と各脚の筋活動の測定も含まれ、最初の評価セッションと同じ手順に従います。

2 回目のフォローアップ評価は、最後のトレーニング セッションの 2 週間後に行われます。 最初のフォローアップからのすべての評価が繰り返されます。