呼吸知覚の呼吸制御における役割
作戦関連環境ストレス要因下における呼吸制御における心身相互作用の最適化
戦闘員は、航空機搭載酸素発生システムや水中呼吸装置など、呼吸抵抗と呼吸仕事量（WOB）を増加させる環境や生命維持システムに頻繁にさらされています。 WOBの上昇は、呼吸困難感（呼吸困難）の知覚を増大させ、注意を要する課題における反応時間の遅延や正確性の低下を含む認知機能の障害と関連しています。 これらの影響は、迅速な意思決定と精密な運動反応を必要とする作戦環境において特に懸念されます。
この問題への認識が高まっているにもかかわらず、特に現実的な作戦ストレッサー下での吸気抵抗上昇による知覚的・認知的影響を軽減する戦略に関する重要な課題が残っています。 この実験の目的は、呼吸の感覚知覚を変化させることが、吸気抵抗時の呼吸知覚と認知機能に影響を与えるかどうかを明らかにすることです。 換気の聴覚フィードバックを操作（正常、減少、増幅）し、機械的負荷を変化させずに呼吸関連の感覚入力を変化させることが呼吸知覚と認知機能に影響を与えるかどうかを評価します。
調査の概要
詳細な説明
一部のケースでは、戦闘員に対する吸気抵抗負荷（例：OBOGS、SCUBA）の軽減は実現不可能かもしれませんが、抵抗が呼吸知覚にどのような影響を与えるかを理解することは不可欠です。換気の聴覚フィードバックは呼吸意識に大きく影響し、呼吸仕事量（WOB）が増加すると、この知覚は強化された聴覚入力により強まります。この高まった意識は認知処理を妨げ、負担をかける可能性があります。最近の研究では、運動中の音楽などの聴覚的気晴らしが、健康な個人や慢性閉塞性肺疾患（COPD）患者において呼吸困難および呼吸器・全身の不快感を軽減できることが示されています。この効果は、聴覚フィードバックの減少または音楽に関連する感情状態の改善に起因する可能性があります。しかし、重要な知識のギャップが存在します：吸気抵抗増加時の換気の聴覚フィードバックを減少させることが呼吸知覚と認知機能に影響を与えるかどうかは不明です。本研究は、高吸気抵抗下における異なる換気聴覚フィードバック条件（通常、ノイズ気晴らしによる除去、増幅）が認知機能に与える影響を評価します。換気の聴覚フィードバックを減少させることはWOBを変化させないが、標準または増幅フィードバックと比較して呼吸知覚を減少させ、認知パフォーマンスを向上させると仮定されています。
参加者は2回の研究訪問を完了します：スクリーニング／慣れ訪問（研究日0）とその後の1回の実験訪問（研究日1）。参加者は実験訪問の少なくとも24時間前からカフェイン、アルコール、刺激薬、鎮痛・抗炎症薬、大麻および大麻関連製品、激しい運動を避けるよう指示されます。研究日0では、参加者は短い慣れ呼吸課題を完了し、カスタマイズされた装置の端にある8-10mmの穴を通して10分間呼吸し、あらかじめ設定された6-9.5センチメートル水柱毎リットル毎秒（cmH2O/L/s）の吸気抵抗を発生させます。呼吸課題中、脳血管、心血管および自律神経活動の反応が測定されます。呼吸テスト中、5分ごとに参加者は呼吸強度と不快感を評価し、吸気容量操作を実行するよう求められます。認知評価は10分ごとに実施されます。呼吸課題の後、参加者は肺および呼吸筋機能テストを完了します。
研究日1（実験訪問）の前に、参加者は介入条件（周囲／通常の聴覚フィードバック、強化された聴覚フィードバック、または自己選択の音楽プレイリストによる置換を伴う除去された聴覚フィードバック）に曝露される順序に無作為化されます。到着後、食道バルーンが挿入され、心臓と肺の周囲の圧力が測定されます。その後、参加者は3回の完全な呼吸課題を完了し、無作為化された順序で聴覚条件のもと、あらかじめ設定された抵抗負荷に対して60分間吸気します。生体計測モニタリング、認知課題、および呼吸課題中の参加者評価は、研究日0と同じ頻度で完了します。呼吸課題の間には1時間の休息期間が設けられます。
研究の種類
入学 (推定)
段階
- 適用できない
連絡先と場所
研究連絡先
- 名前：Timothy D Mickleborough, PhD
- 電話番号：812-855-0753
- メール：tmickleb@iu.edu
研究場所
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Indiana
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Bloomington、Indiana、アメリカ、47405
- Multidisciplinary Engineering and Sciences Hall (MESH)
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コンタクト：
- Scott M Clarke
- 電話番号：812-856-3244
- メール：scotclar@iu.edu
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コンタクト：
- Zachary J Schalder, PhD
- 電話番号：812-855-6953
- メール：zschlade@iu.edu
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主任研究者：
- Timothy D Mickleborough, PhD
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参加基準
適格基準
就学可能な年齢
- 大人
健康ボランティアの受け入れ
説明
参加基準：
- 18歳から40歳までの年齢であること。
- 英語を話し、読むことができること。
- 過去2年間、週に少なくとも120分の高強度運動を自己申告していること。
- 安静時1秒量/努力性肺活量（FEV1/FVC）が予測値の75%以上であり、正常な肺機能を有すること。
- モントリオール認知機能評価 [18] を用いて評価した正常な認知機能を有すること。
- 体格指数（BMI）が35 kg/m2以下であること。
- 月経周期が21日から35日（正常月経）の規則的な月経周期を有する女性。
除外基準：
- 喫煙歴または娯楽的喫煙、心血管疾患、腎疾患、肺疾患（喘息または運動誘発性喘息を含む）、神経疾患、代謝性疾患の既往歴があること。
- 妊娠中である、または自己申告により妊娠の可能性があること。
- 色覚異常であること。
- ラテックスに対する既知のアレルギーまたは過敏症があること。
- 選択的セロトニン再取り込み阻害薬、刺激薬、抗生物質を服用している、または慢性的に鎮痛薬（アリーブ、タイレノールなど）を常用していること。
- 安静時収縮期血圧が130mmHg以上、または拡張期血圧が90mmHg以上、および/または安静時脈拍数が100bpm以上であること。
- 月経周期が36日から90日（稀発月経）の不規則な月経周期を有する女性、および月経周期がない（無月経）女性。
- 月経停止のみを目的として避妊薬（例：ミレーナIUD）を服用していること。
研究計画
研究はどのように設計されていますか？
デザインの詳細
- 主な目的：基礎科学
- 割り当て：ランダム化
- 介入モデル：クロスオーバー割り当て
- マスキング：なし（オープンラベル）
武器と介入
参加者グループ / アーム |
介入・治療 |
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アクティブコンパレータ：周囲のノイズ、次に音楽による気晴らし、次に増加した換気の聴覚フィードバック
参加者は、各聴覚条件下で1つずつ、合計3回の完全な呼吸課題を完了します。
条件提示の順序は無作為化により割り当てられます。
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参加者は、周囲（または通常）の聴覚フィードバック（約10デシベル）で呼吸タスクを完了します。
参加者は、換気の聴覚フィードバックを増加させた状態（約70デシベル）で呼吸課題を完了します。
具体的には、参加者が呼吸するデバイス内に小さなマイクロフォンを設置し、参加者の呼吸音を増幅させます。
参加者は換気の聴覚フィードバックなしで呼吸課題を完了します。
具体的には、参加者はノイズキャンセリングヘッドフォンを着用し、一定の音量（約80デシベル）で自己選択した音楽プレイリストを聴きます。
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アクティブコンパレータ：周囲のノイズ、次に換気の聴覚フィードバックの増加、次に音楽による注意散漫
参加者は、各聴覚条件下で1回ずつ、合計3回の完全な呼吸課題を完了します。
条件の提示順序はランダム化により割り当てられます。
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参加者は、周囲（または通常）の聴覚フィードバック（約10デシベル）で呼吸タスクを完了します。
参加者は、換気の聴覚フィードバックを増加させた状態（約70デシベル）で呼吸課題を完了します。
具体的には、参加者が呼吸するデバイス内に小さなマイクロフォンを設置し、参加者の呼吸音を増幅させます。
参加者は換気の聴覚フィードバックなしで呼吸課題を完了します。
具体的には、参加者はノイズキャンセリングヘッドフォンを着用し、一定の音量（約80デシベル）で自己選択した音楽プレイリストを聴きます。
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アクティブコンパレータ：音楽による気晴らし、次に環境音、そして換気増強の聴覚フィードバック
参加者は、3つの完全な呼吸課題を、それぞれ異なる聴覚条件下で完了します。
条件への曝露順序は、ランダム化により割り当てられます。
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参加者は、周囲（または通常）の聴覚フィードバック（約10デシベル）で呼吸タスクを完了します。
参加者は、換気の聴覚フィードバックを増加させた状態（約70デシベル）で呼吸課題を完了します。
具体的には、参加者が呼吸するデバイス内に小さなマイクロフォンを設置し、参加者の呼吸音を増幅させます。
参加者は換気の聴覚フィードバックなしで呼吸課題を完了します。
具体的には、参加者はノイズキャンセリングヘッドフォンを着用し、一定の音量（約80デシベル）で自己選択した音楽プレイリストを聴きます。
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アクティブコンパレータ：換気増加の聴覚フィードバック、次に環境ノイズ、次に音楽による気晴らし
参加者は、それぞれの聴覚条件下で1つずつ、合計3つの完全な呼吸課題を完了します。
条件提示の順序は、ランダム化によって割り当てられます。
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参加者は、周囲（または通常）の聴覚フィードバック（約10デシベル）で呼吸タスクを完了します。
参加者は、換気の聴覚フィードバックを増加させた状態（約70デシベル）で呼吸課題を完了します。
具体的には、参加者が呼吸するデバイス内に小さなマイクロフォンを設置し、参加者の呼吸音を増幅させます。
参加者は換気の聴覚フィードバックなしで呼吸課題を完了します。
具体的には、参加者はノイズキャンセリングヘッドフォンを着用し、一定の音量（約80デシベル）で自己選択した音楽プレイリストを聴きます。
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アクティブコンパレータ：換気増加の聴覚フィードバック、次に音楽による注意散漫、次に環境ノイズ
参加者は、各聴覚条件の下で1回ずつ、合計3回の完全な呼吸課題を完了します。
条件への曝露順序は、ランダム化により割り当てられます。
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参加者は、周囲（または通常）の聴覚フィードバック（約10デシベル）で呼吸タスクを完了します。
参加者は、換気の聴覚フィードバックを増加させた状態（約70デシベル）で呼吸課題を完了します。
具体的には、参加者が呼吸するデバイス内に小さなマイクロフォンを設置し、参加者の呼吸音を増幅させます。
参加者は換気の聴覚フィードバックなしで呼吸課題を完了します。
具体的には、参加者はノイズキャンセリングヘッドフォンを着用し、一定の音量（約80デシベル）で自己選択した音楽プレイリストを聴きます。
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アクティブコンパレータ：音楽による注意散漫、次に換気増加の聴覚フィードバック、その後環境ノイズ
参加者は、各聴覚条件の下で1つずつ、合計3つの完全な長さの呼吸課題を完了します。
条件への曝露順序は、ランダム化によって割り当てられます。 |
参加者は、周囲（または通常）の聴覚フィードバック（約10デシベル）で呼吸タスクを完了します。
参加者は、換気の聴覚フィードバックを増加させた状態（約70デシベル）で呼吸課題を完了します。
具体的には、参加者が呼吸するデバイス内に小さなマイクロフォンを設置し、参加者の呼吸音を増幅させます。
参加者は換気の聴覚フィードバックなしで呼吸課題を完了します。
具体的には、参加者はノイズキャンセリングヘッドフォンを着用し、一定の音量（約80デシベル）で自己選択した音楽プレイリストを聴きます。
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この研究は何を測定していますか？
主要な結果の測定
結果測定 |
メジャーの説明 |
時間枠 |
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ストループ・カラー・ワード・テスト時間パフォーマンスの変化
時間枠：第1日の呼吸課題の前後（約60分間の所要時間）
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ストループ・カラー・ワード・テストにおける時間成績（分:秒）は、各呼吸課題中、10分ごとに測定されます。
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第1日の呼吸課題の前後（約60分間の所要時間）
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ストループ・カラー・ワード・テストのエラー成績の変化
時間枠：第1日の呼吸課題の前後（約60分間）
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ストループ・カラー・ワード・テストの誤答数は、各呼吸課題中に10分ごとに測定されます。
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第1日の呼吸課題の前後（約60分間）
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呼吸困難強度の知覚の変化
時間枠：1日目の呼吸タスクの前後（約60分間）
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参加者は、各呼吸タスク中に5分ごとに、視覚的アナログ尺度（VAS）を用いて呼吸困難感（呼吸）の強度を評価します。
参加者は水平線（100mm）上に垂直マーカー線を引き、「気づかない」（0mm）から「想像できる最大強度」（100mm）までの呼吸感覚を示します。
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1日目の呼吸タスクの前後（約60分間）
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呼吸困難不快感の認識の変化
時間枠：各Day 1呼吸タスクの前後（約60分間の所要時間）
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参加者は、各呼吸課題中5分毎に、視覚的アナログ尺度（VAS）を用いて呼吸困難感（呼吸）の不快感の知覚を評価します。
参加者は、水平線（100mm）上に垂直のマーカー線を引き、「不快でない」（0mm）から「想像できる最大の不快感」（100mm）までの呼吸知覚を示します。
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各Day 1呼吸タスクの前後（約60分間の所要時間）
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二次結果の測定
結果測定 |
メジャーの説明 |
時間枠 |
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脳血流速度の変化
時間枠：第1日の呼吸タスク前後（約60分間の所要時間）
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各呼吸課題中、両側経頭蓋超音波ドップラーを用いて中大脳動脈および後大脳動脈の血流速度を連続的に測定します。
超音波トランスデューサーは側頭窓の両側に配置され、トランスデューサーホルダーを使用して位置を固定します。
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第1日の呼吸タスク前後（約60分間の所要時間）
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心拍数の変化
時間枠：各日1呼吸課題の前後（約60分間の所要時間）
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心拍数は、各呼吸課題中に3誘導心電図（ECG）によって継続的に測定されます。
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各日1呼吸課題の前後（約60分間の所要時間）
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血圧変化 - 指先フォトプレチスモグラフィー
時間枠：1日目の呼吸タスク前後（約60分間）
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各呼吸課題中、指先光電式容積脈波記録法により血圧を連続的に測定します。
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1日目の呼吸タスク前後（約60分間）
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血圧変化 - 上腕動脈
時間枠：各Day 1呼吸課題の前後（約60分間の所要時間）
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各呼吸課題中、標準的な血圧カフと上腕動脈の聴診により、10分ごとに血圧を測定します。
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各Day 1呼吸課題の前後（約60分間の所要時間）
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横隔膜厚の変化
時間枠：各第1日呼吸タスク前後（約60分間持続）
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横隔膜厚は、機能的残気量（FRC；安静時）と呼気終末時、および各条件前後のFRCからの最大吸気圧（MIP）試験中に、第10/11肋間のドップラー超音波によって測定されます。
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各第1日呼吸タスク前後（約60分間持続）
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心拍変動の変化
時間枠：各第1日呼吸課題の前後（約60分間の持続時間）
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各呼吸タスク中、心拍変動（拍/分）は3リード心電図（ECG）を用いて継続的に測定されます。
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各第1日呼吸課題の前後（約60分間の持続時間）
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末梢血酸素飽和度の変化
時間枠：Day 1呼吸課題の前後（約60分間の持続時間）
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各呼吸課題中、パルスオキシメトリーを用いて経皮的酸素飽和度を継続的に測定します。
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Day 1呼吸課題の前後（約60分間の持続時間）
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脳血流酸素動態の変化
時間枠：Day 1呼吸課題の前後（約60分間の所要時間）
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各呼吸課題中に前頭前野の近赤外分光法（NIRS）により、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビン（取り込み／抽出、μM）が連続的に測定されます。
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Day 1呼吸課題の前後（約60分間の所要時間）
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協力者と研究者
研究記録日
主要日程の研究
研究開始 (推定)
一次修了 (推定)
研究の完了 (推定)
試験登録日
最初に提出
QC基準を満たした最初の提出物
最初の投稿 (実際)
学習記録の更新
投稿された最後の更新 (実際)
QC基準を満たした最後の更新が送信されました
最終確認日
詳しくは
本研究に関する用語
その他の研究ID番号
- 28381- Aim 2
- FOAAFRLAFOSR20240007 (その他の助成金/資金番号：Air Force Office of Scientific Research)
個々の参加者データ (IPD) の計画
個々の参加者データ (IPD) を共有する予定はありますか?
IPD プランの説明
医薬品およびデバイス情報、研究文書
米国FDA規制医薬品の研究
米国FDA規制機器製品の研究
米国で製造され、米国から輸出された製品。
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