歩行と走行の脳・神経科学 -その基礎から臨床まで-

歩行と走行の脳・神経科学

【ヒトの動きの神経科学シリーズⅡ】

【編著者】
 大築立志 前東京大学大学院総合文化研究科生命環境科学系
 鈴木三央 社会医療法人大道会 ボバース記念病院リハビリテーション部
 柳原 大 東京大学大学院総合文化研究科生命環境科学系
【執筆者】
 青井伸也 京都大学大学院工学研究科制御工学研究室
 稲村一浩 星ヶ丘厚生年金病院リハビリテーション部
 荻原直道 慶応義塾大学理工学部機械工学科
 久保田競 国際医学技術専門学校
 小宮山伴与志 千葉大学教育学部
 瀬川昌也 瀬川小児神経学クリニック
 花川 隆 (独)国立精神・神経医療研究センター 神経研究所
 中澤公孝 東京大学大学院総合文化研究科身体運動科学研究室
 永島智里 森之宮病院リハビリテーション部
 中陦克己 近畿大学医学部生理学
 林 克樹 誠愛リハビリテーション病院リハビリテーション部
 藤原素子 奈良女子大学文学部
 古澤正道 ボバース記念病院リハビリテーション部
 保苅吉秀 順天堂大学医学部附属順天堂医院リハビリテーション科
 松山清治 札幌医科大学保健医療学部 作業療法学科
 森 大志 山口大学農学部生体機能学
 山本朋子 星ヶ丘厚生年金病院リハビリテーション部
(五十音順)
【発行日】 2013年6月
【判型】 B-5
【ページ数】 248
【図表】 図164 表6
【価格】 定価3,200円+税

 
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【序文】

 ヒトを含むあらゆる動物の生活において、移動運動は必要不可欠な生活行為である。
 動物の中には動かずに獲物が近づくのをじっと待っているものもいないわけではないが、基本的には食物を得るためには全身移動は不可欠である。生命の危険を回避したり、配偶者を獲得するためにも全身移動は欠かせない。
 2004年11月18日発行のNature誌の表紙には、全面にわたってBorn to runという大きな文字と走るヒトの姿が描かれ、その中に掲載された「持久走とヒトの進化」という論文には,ヒトは実は他の動物と比較してもきわめて優秀な持久走能力を有しており、その優れた持久走能力によって今日の進化的優位性を得たこと、そして持久走能力の進化と脳の進化が同時に起こっている可能性があることが述べられている。
 科学技術の進歩の副作用ともいうべき運動不足が子どもや高齢者の体力低下や成人の生活習慣病の誘因となっていることが明らかになるにつれ、その解決策のひとつとして運動を取り入れたライフスタイルが奨励されるようになり、歩行や走行はその最も簡便で効果的な方法として広く利用されるようになっている。本書に書かれているように、歩行や走行に脳を中心とする神経系が深く関わっていることを理解するならば、運動不足は単に筋や心肺の機能を低下させるだけではなく、脳をはじめとする神経機能全般を低下させてしまうことがよくわかるであろう。
 古代ギリシャの大哲学者アリストテレスは、散歩道(ペリパトス)を歩きながら学問を教えた。ドイツの哲学者カントは、毎日決まったコースを散歩しながら着想をメモすることを習慣としていた。これらの例からもわかるように、西洋では昔から歩行のような身体運動が知的能力を高める有効な手段と考えられてきた。Solvitur ambulando(困難な事態は歩くことで解決する)というラテン語の諺もある。本書17章に紹介されているように、これを裏付ける実験研究がここ20年ほどの間に多数報告されるようになっている。
 本書はヒトの生活の根本を支える移動運動を、さまざまな観点から検討することを目的として編纂されたものである。1章、2章では,比較動物学的観点から、動物の移動運動についての基本的な事柄を、3章から8章では主に歩行に関する神経生理学的メカニズムを、9章から15章では神経疾患による移動運動障害とその治療をまとめてある。さらに、16章と17章には、日常生活のQOLをあげる手段としての移動運動の重要性を解説してある。
 本書がヒトの移動運動の理解を深めることに少しでも役立てば幸いである。

2013.4.
編者代表 大築 立志

Bramble, D. M. and Lieberman, E. L.: Endurance running and the evolution of Homo. Nature 432: 345-352, 2004.

 
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【目次】

1章 歩行・走行研究の視点:動物と人間の移動運動 〈大築 立志〉

1.移動手段としての歩行・走行

2.動物の移動運動

 (1)地上における動物の全身移動

 (2)地上以外の環境における動物の全身移動

3.人間の移動運動

 (1)歩行

   1)歩行速度、歩幅、ピッチ、歩行周期

   2)歩行時の下肢の動き

   3)歩行時の下肢筋の活動

   4)前進歩行と後進歩行

 (2)走行

 (3)跳躍

まとめ


2章 歩行・走行と脳幹・脊髄 〈松山 清治〉

1.脳幹・脊髄系と歩行機能

2.脳幹網様体と脳幹・脊髄投射系

 (1)脳幹網様体の構成

 (2)網様体―網様体投射

 (3)網様体脊髄路投射

   1)網様体脊髄路の脊髄投射様式

   2)網様体脊髄路軸索の多髄節性支配様式

3.脊髄ニューロンと歩行機能

 (1)交連ニューロンと歩行機能

 (2)交連ニューロンの脊髄支配様式

   1)交連ニューロンの脊髄投射様式

   2)交連ニューロン軸索の脊髄支配様式

4.走行と脳幹・脊髄系


3章 歩行・走行と脊髄反射 〈小宮山 伴与志〉

1.歩行運動時におけるⅠ群線維由来の脊髄反射の動態

 (1)伸張反射

 (2)Ⅰb反射

 (3)寡シナプス反射

 (4)シナプス前抑制

2.歩行運動中の皮膚反射の動態

3.ヒトにおける律動運動の発現と反射の調節


4章 歩行・走行と大脳基底核 〈花川  隆〉

1.大脳基底核の構造と神経連絡

 (1)大脳基底核のマクロ解剖

 (2)大脳基底核が構成する3つの神経回

2.実験動物における知見

 (1)中脳歩行誘発野・脚橋被蓋核と大脳基底核

 (2)四足歩行動物の走行と大脳基底核

3.ヒトにおける知見

 (1)ヒト直立二足歩行の学習と基底核の役割についての仮説

 (2)ヒト直立二足歩行に伴う基底核活動

 (3)基底核障害に伴う異常歩行の特徴と病態生理

   1)寡動歩行の臨床的特徴

   2)寡動歩行の病態生理

   3)不随意運動による歩行障害の臨床的特徴

   4)不随意運動による歩行障害の病態生理


5章 歩行の制御における小脳機能 〈柳原  大〉

1.歩行制御系における脊髄小脳ループ(spinocerebellar loop)

2.歩行時のプルキンエ細胞の発火活動

3.小脳プルキンエ細胞における受容体関連タンパク質の機能阻害と歩行失調

 (1)代謝型グルタミン酸受容体1型ノックアウトマウスにおける歩行失調

 (2)グルタミン酸受容体δ2型の機能阻害と歩行失調

4.外乱に対する肢間協調と小脳の役割

5.splitbelt treadmill上での歩行の適応制御と小脳の役割

 (1)除脳ネコにおける歩行の適応学習

 (2)ヒトにおける歩行の適応学習

 (3)適応に必要な小脳シナプス可塑性

 (4)splitbelt treadmillにおける歩行の適応についての数理モデルによる理解と四足歩行ロボット

おわりに


6章 歩行・走行と大脳皮質 〈森  大志・中陦 克巳〉

1.動物の進化、歩容と脳

 (1)動物の進化と歩行様式の変遷

 (2)ヒトの「二足歩行」獲得プロセス

2.歩行運動の基本的実行系

 (1)肢運動制御にかかわる神経モジュール

 (2)筋緊張制御にかかわる神経モジュール

 (3)神経モジュール活動のコントロール

3.大脳皮質運動領野の基本的解剖

 (1)皮質運動領野の発見

 (2)皮質脊髄路と脊髄下行路

4.皮質運動領野と歩行

 (1)運動領野と四足歩行

 (2)運動領野と二足歩行

5.皮質脊髄路と歩行

 (1)皮質脊髄路と四足歩行

 (2)皮質脊髄路と二足歩行

6.サル歩行モデルによる二足歩行制御機序解明の試み

おわりに


7章 ヒトの足部筋骨格構造の進化と直立二足歩行の制御 〈荻原 直道〉

1.ヒト足部の筋骨格構造

 (1)ヒトの足部構造と直立二足歩行

 (2)ヒトの足部筋骨格構造の形態的特徴

   1)距骨

   2)踵骨

   3)立方骨

   4)舟状骨

   5)楔状骨

   6)中足骨

   7)趾骨

   8)足部の筋

2.直立二足歩行の進化

3.ヒトとニホンザルの二足歩行

4.二足歩行運動における節間協調の平面則

5.ニホンザル二足歩行の平面則

おわりに


8章 歩行制御のシステム論的理解 〈青井 伸也〉

1.歩行運動を生み出す冗長システム

2.歩行運動に内在する低次元構造

 (1)運動学シナジー

 (2)筋シナジー

3.中枢神経系における低次元構造の制御

 (1)脚軸の向きと長さ

 (2)歩行パターン生成機構(CPG)

 (3)感覚情報に基づく運動指令の調整

4.シミュレーションを用いた構成論的理解

 (1)筋骨格モデル

 (2)神経制御モデル

   1)筋シナジーに基づく運動制御

   2)位相リセットによる運動指令の調整

   3)体性感覚情報に基づく姿勢制御

 (3)シミュレーションにおける適応的歩行生成

 (4)位相リセットの機能的役割

おわりに


9章 歩行のニューロリハビリテーション 〈中澤 公孝〉

1.脊髄の歩行中枢

2.脊髄の可塑性

3.歩行トレーニングによる脊髄歩行中枢の可塑的変化

4.歩行と上位中枢神経の活動

5.脳機能画像法を用いた研究

6.経頭蓋磁気刺激法を用いた研究

7.歩行の運動学習


10章 脳卒中後遺症者の歩行機能へのボバースアプローチ:回復期リハビリテーション病棟の症例を通して 〈古澤 正道〉

1.ボバースアプローチとは

2.歩行機能の評価と問題点

 (1)症例紹介(歩行機能の評価)

 (2)歩行機能の問題点

3.治療

4.結果

まとめ


11章 脳卒中後遺症患者の歩行障害とその治療:慢性期を中心として 〈林  克樹〉

1.慢性期の歩行障害の特徴と問題点

2.異常な姿勢と歩行を加速する主な要因

 (1)筋緊張と反射の異常

 (2)安定した支持基底面の欠如

 (3)立位・歩行時のアライメント(postural figure)の異常

 (4)歩行周期における障害

 (5)体幹機能低下と体幹上部、肩甲骨、骨盤帯の可動制限

 (6)バランス障害

 (7)加齢の影響

 (8)高次脳機能障害の歩行への影響

 (9)環境の影響

3.慢性期の歩行のリハビリテーション計画

 (1)歩行の基本条件となる要素的治療

   1)筋緊張と反射の治療

   2)体幹の治療

   3)足部の治療

   4)坐位・立位の治療

   5)バランスの治療

 (2)歩行周期の治療

   1)立脚期の治療

   2)両脚支持期

   3)遊脚期の治療

   4)ステピングとストライド(重複歩)、歩隔の治療

4.模擬的治療環境と適応場面の治療

 (1)模擬的治療環境下での治療

 (2)実際の適応場面での治療

 (3)上肢のスイングと上肢活動を伴った歩行

 (4)自主訓練プログラム

まとめ


12章 パーキンソン病患者の歩行障害とその治療 〈保苅 吉秀〉

1.パーキンソン病の分類と運動療法の意義について

2.臨床症状と姿勢・動作

3.パーキンソン病の歩行とリハビリテーションの意義

4.症例提示

 (1)症例1

 (2)症例2

まとめ


13章 小児の歩行機構異常 〈瀬川 昌也〉

1.歩行(ロコモーション)の神経機構

2.ヒトのロコモーションとアミン系神経系

3.ヒトのロコモーションの発達とセロトニン・ニューロン

4.ロコモーションの発達と高次脳機能

5.ロコモーションの発達とドパミン・ニューロン

6.直立二足歩行と高次脳機能

7.ロコモーションと黒質ドパミン・ニューロン

8.小児の歩行機構異常と高次脳機能異常

まとめ


14章 脳性麻痺児の歩行障害とその治療 〈永島 智里〉

1.脳性麻痺の発達と個性:脳性麻痺の定義・概念

2.症状の発現

3.歩行に関する不利

4.脳性麻痺児の分類について

5.脳性麻痺児の立位・歩行パターン

6.痙直型の立位歩行

 (1)全身的な屈曲が優位に出現する痙直型の場合の臨床像と問題点

 (2)活動性のある痙直型の子どもたちの臨床像と問題点

 (3)すでに歩行を獲得している痙直型の子どもたちの臨床像と問題

おわりに


15章 脊髄損傷者の歩行 〈稲村 一浩・山本 朋子〉

1.脊髄損傷者の歩行訓練の歴史

2.欧米での脊髄損傷者の歩行トレーニング

3.神経生理学的歩行制御仮説

4.脊髄損傷者の歩行に対する臨床的問題

5.脊髄完全損傷者の歩行に対するアプローチ

6.症例報告

 (1)臥位での治療

 (2)立位での治療

 (3)上肢の連合反応を高めず歩行能力を高めるために

おわりに


16章 うまく歩く・じょうずに走る 〈藤原 素子〉

1.歩行と走行の“うまさ”

2.歩行と走行の分析

 (1)分析に用いる用語

   1)歩行周期・走行周期

   2)ステップ長とストライド長

   3)歩 隔

   4)歩行角

 (2)分析の指標

   1)筋電図

   2)床反力

3.うまく歩く

 (1)加齢による歩行動作の変容

   1)乳幼児期の歩行の発達・習熟

   2)歩行の退化

 (2)競歩における歩き

4.じょうずに走る

 (1)直線走

   1)陸上のトラック競技における走り

   2)種目による走り方の違い

 (2)方向変更走

   1)陸上競技のトラック種目におけるコーナーワーク

   2)球技における方向変更走

おわりに


17章 歩行・走行が脳(機能、形態と物質)に与える効果 〈久保田 競〉

1.ヒトの歩行・走行と海馬

2.ヒトの歩行・走行と前頭前野

まとめ

 
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