高齢者における神経可塑性および感覚運動ネットワークへの身体運動の影響 (EXOPLASTIC)

加齢は中枢神経系の構造的・機能的な変化を伴い、運動制御、姿勢安定性、上肢協調運動、適応的運動行動に悪影響を及ぼす可能性があります。 これらの機能的な変化は、皮質興奮性の変化と一次運動野（M1）内の皮質内抑制および感覚運動回路の効率低下に一部起因しています。 このような変化は、神経可塑性の低下に寄与する可能性があります。神経可塑性とは、内部または外部の刺激に応じて脳が再組織化する能力と定義されます。

神経可塑性は運動学習と適応に重要な役割を果たし、したがって高齢者の機能的自主性を維持するために不可欠です。 加齢に伴って神経可塑性を高めたり維持したりできる介入法を特定することは、重要な臨床的・社会的課題です。 有酸素運動は、皮質興奮性を調節し神経可塑性を促進する有望な非薬理学的戦略として注目されています。

本研究の主目的は、若年成人と比較して、高齢者における一回の中程度有酸素運動が経頭蓋直流電気刺激（tDCS）によって誘発される神経可塑性に及ぼす効果を評価することです。 副次目的は、運動がM1内の内在性皮質内回路と感覚運動統合メカニズムに及ぼす影響を調べることです。

研究デザイン：

これは単施設探索的研究であり、各参加者は少なくとも1週間間隔を空けた3回の実験セッションを完了します：

セッション1とセッション2（無作為化クロスオーバーデザイン）：

• 条件A：20分間の中程度有酸素運動に続くtDCS。
• 条件B：20分間の着座位安静に続くtDCS。 これら2つの条件の順序は無作為化されます。 各参加者は自身の対照として機能します。

セッション3：

• 有酸素運動単独（tDCSなし）の効果の評価。

実験手順：

書面によるインフォームドコンセントを提供した後、参加者は身体活動レベル、利き手、痛みのレベルを記録する質問票を含むベースライン評価を受けます。

参加者は快適に着席し、表面筋電図（EMG）電極を利き手の短母指外転筋（APB）上に配置します。 経頭蓋磁気刺激（TMS）は、利き手の表現に対応するM1上に与えられます。 最適な刺激部位（ホットスポット）と安静時運動閾値（RMT）が決定されます。

皮質脊髄路興奮性は、単発TMSを強度を上げながら与えて入力-出力（I/O）募集曲線を構築することで評価されます。 運動誘発電位（MEP）はAPB筋から記録されます。 ボルツマンシグモイド関数を使用してI/O曲線をモデル化し、傾き、プラトー、S50などのパラメータを抽出します。 主要評価項目は、皮質脊髄路の募集ゲインを反映するI/O曲線の傾きです。

神経可塑性は、優位側M1上に適用される陽極tDCS（2 mA）の20分間セッション前後の皮質脊髄路興奮性を比較することで評価されます。 身体運動の有無にかかわらず、tDCS後のI/O曲線パラメータの変化が、誘発された可塑性の指標として機能します。

皮質内抑制および促進メカニズムは、ペアパルスTMSプロトコルを使用して評価されます：

• 短間隔皮質内抑制（SICI）
• 皮質内促進（ICF）
• 長間隔皮質内抑制（LICI）

感覚運動統合は、ペアの末梢神経刺激（手首での正中神経）とTMSを組み合わせて測定することで評価されます：

• 短潜時求心性抑制（SAI）
• 長潜時求心性抑制（LAI）
• 求心性誘発促進（AIF） アウトカム指標は、条件付けされたMEP振幅と非条件付けMEP振幅の比として表されます。

有酸素運動介入：

中程度有酸素運動は、エルゴメーター上での20分間の自転車運動（毎分60〜70回転）で構成されます。 運動強度は、心拍数予備力の約50%（中程度強度）に相当するように個別化され、セッション中にモニタリングされます。

各実験セッションの推定所要時間は以下の通りです：

• セッション1（2時間05分）：情報提供、同意、質問票（10分）、電極配置（5分）、ベースライン記録（35分）、20分間の有酸素運動または着座位安静（無作為化）、20分間のtDCS、介入後記録（35分）。
• セッション2（1時間05分）：情報提供、同意、質問票を除き、セッション1と同じ手順。 参加者は代替条件（運動または安静）を完了し、その後tDCSと介入後記録を行います。
• セッション3（1時間35分）：準備（5分）、ベースライン記録（35分）、20分間の有酸素運動、運動後記録（35分）。