姿勢制御 Postural control - stroke-lab.com

姿勢制御 Postural control

姿勢制御とは？

姿勢制御の中身

動作で捉える姿勢制御

スボト

ラ姿勢制御とは？

Anne Shumway-Cook PT PhD FAPTA et al：Motor Control: Translating Research into Clinical Practice 5th Edition．LWW．2016

姿勢制御は，“安定性”と“定位”という二重課題に対して空間中の身体位置を制御することを指す

安定性

Stabilization

定位

Orientation

• 運動課題に関与する複数の体節間同士の関係，および身体と環境との間の関係を適切に維持する能力

• バランスとも呼ばれ，基底面との関係で身体質量中心(COM)を制御する能力

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ラ姿勢制御とは？

Horak&Macpherson：1996 ,Shumway-Cook&McCollum：1990

空間内で身体位置を制御する能力(姿勢制御)は，あらゆる運動/活動で要求され，円滑な運動制御を可能にするつまり，どのような運動課題でも必要とされるものであり，“安定性と定位”の要求は運動課題に応じて変化する

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ラ課題で異なる姿勢制御

Anne Shumway-Cook PT PhD FAPTA et al：Motor Control: Translating Research into Clinical Practice 5th Edition．LWW．2016

安定性と定位で構成される姿勢制御は，文脈的動作の中で時刻々と必要割合を調整しながら動作を可能にしている

定位安定性定位安定性定位安定性

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ラ刻々と変化する姿勢制御




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ラ姿勢制御の中身

随伴性姿勢制御(aAPA)先行性姿勢制御(pAPA)

運動プログラミング

運動の実行状況に応じた姿勢制御

運動の自動化

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ラ姿勢制御のタイプ

Schepens B et al：Independent and convergent signals from the pontomedullary reticular formation contribute to the control of posture and movement during reaching in the cat . J Neurophysiol. 2004.Oct;92(4)

姿勢制御は先行性随伴性姿勢調整(APA’s)とも呼ばれ，先行性姿勢制御(pAPA)と随伴性姿勢制御(aAPA)に分類 pAPAは動作開始に際して先行的に姿勢調整を行い，随意運動とともにaAPAは進行中の運動に姿勢調整を加える

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ラ先行性随伴性姿勢調整（Anticipatory Postural Adjustments）

Purves D et al：Neuroscience. 2nd edition．Sunderland (MA): Sinauer Associates; 2001

CentralCommand

中枢神経系からの司令

LimbMovement四肢の運動実行

PosturalInstability

姿勢の不安定性

PosturalAdjustments姿勢制御(APA’s)

Feedforward forAnticipated

Postural Instability↓

先行性姿勢制御(pAPA)

Feedback forUnanticipated →Postural Instability

随伴性姿勢制御(aAPA)

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ラ運動は常に姿勢制御によって保証されている

新保松雄(監) ,金子唯史/佐藤和命(訳)：近代ボバース概念理論と実践-成人中枢神経疾患に対する治療- .2011

①身体図式/内部モデル/基底核ループに基づいて，運動を計画する（どんな姿勢応答が必要？） ➋戻ってきた体性感覚に基づいて，運動を修正する（動きながらリアルタイムで修正）

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ラFeed forwardとFeed back

皮質脊髄路

身体図式皮

質網様体脊髄路

企画計画

安定した姿勢

補足運動野

円滑な随意運動

身体図式

企画計画

補足運動野

内部モデル

脊髄小脳路

後索-

内側毛帯路

前側索経路

内部モデル

遠心性コピー

遠心性コピー

運動実行Feedfoward

感覚Feedback

補足運動野/運動前野から皮質網様体路が出力され，網様体脊髄路によって姿勢が安定し，随意運動が生じる．運動の情報は, 遠心性コピーとして頭頂葉・小脳に伝達され身体図式/内部モデルの修正に利用される.

Takakusaki K：Functional Neuroanatomy for Posture and Gait Control . J Mov Disord. 2017 Jan;10(1):1-17 スボト

ラ皮質網様体脊髄路のはじまり

計画の意図

皮質網様体投射外側皮質脊髄路

前庭脊髄路網様体脊髄路

運動プログラムは補足運動野/運動前野にて計画されるが, これらは頭頂葉の身体図式の情報を基に生成される.


ラ正しい身体図式が必要

補足運動野運動前野

小脳や大脳基底核によって，運動プログラムが修正される．


ラ正しい内部モデルが必要

小脳

大脳基底核

本人の得意なパターンでの運動はすでに定着した身体図式を利用しているが，その運動パターンを変えるには普段使われていない組み合わせニューロンを働かせる (≒苦手な位置での運動をする) 必要がある．


ラ身体図式を更新するには？


Ito M：The molecular organization of cerebellar long-term depression . Nat Rev Neurosci. 2002 Nov;3(11):896-902

“意図する運動”と“実際に起きた運動”の誤差を，プルキンエ細胞にて照合/修正しながら適切な運動記憶を蓄積していくことにより，内部モデルは構築されていく（＝運動学習）

誤差修正による運動学習の積み重ねが内部モデルを生み，それに基づいてFeed back / Feed forward がなされる

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ラ内部モデルを更新するには？

土屋和雄他：身体適応歩行運動の神経機構とシステムモデル .オーム社 .2010

姿勢制御は随意運動に対して先行的かつ随伴的に作用するため，何かしらの課題がベースにあることが前提となる APA’sは無意識レベルでの活動とされるが，意識下の運動の背景として無意識的に発生しているものであり，突発的なバランス課題を課すことがAPA’sへのアプローチであるという理解は見当違いであることが多い

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ラAPAは無意識的な出力だが…

Fitts & Posner：Stages of Motor Skill Learning .1967

ヒトは，新たな行為/行動を学習していく際に３つの段階を踏みながら運動を学習していく．段階が進むにつれて，知覚情報に注意を向け認知するという水準が徐々に減少していく

スボト

ラ最初は意識的でも構わない

本人の得意なパターンでの運動はすでに定着した身体図式を利用しているが，その運動パターンを変えるには普段使われていない組み合わせニューロンを働かせる (≒苦手な位置での運動をする) 必要がある．


ラ苦手な位置での運動で運動学習を


背側脊髄小脳路(dorsal spinocerebellar tract :DSCT)：受容器からの感覚フィードバック情報を送る. 腹側脊髄小脳路(ventral spinocerebellar tract :VSCT)：脊髄の遠心性コピー情報を送る. 上記は下肢に関する情報で, 楔状束核小脳路と吻側脊髄小脳路は上肢のそれぞれに対応する.

Laurie Lundy-Ekman：Neuroscience: Fundamentals for Rehabilitation . Saunders .2012 スボト

ラ脊髄小脳路の特性

Per, M.D., Ph.D. Brodal：The Central Nervous System . Oxford University Press .2010

外側前庭脊髄路は前庭器官からの感覚情報だけでなく，固有感覚情報を伝達する脊髄小脳路からのフィードバックに基いても機能を果たし，姿勢制御に貢献している

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ラフィードバック制御

従来の姿勢制御は，“運動に際して腹横筋が活動する”などのかなり限定的なAPA’sとして捉えられてきた運動制御に先行した姿勢制御を捉えることは円滑な運動遂行において重要な視点ではあるが，限定的かつ抽象的な“体幹筋活動”という捉え方は，アプローチにおける推論視点を不明瞭にする

Carolyn Richardson PhD：Therapeutic Exercise for Lumbopelvic Stabilization: A Motor Control Approach for the Treatment and Prevention of Low Back Pain . Churchill Livingstone .2003 スボト

ラAPA＝腹横筋ではない

Horak FB et al：Postural inflexibility in parkinsonian subjects . J Neurol Sci. 1992 Aug;111(1):46-58

前述したように，“体幹筋が先行的に活動する”という抽象的な姿勢制御の捉え方ではアプローチに応用が利かない姿勢制御は課題によって異なり，必要となる姿勢筋活動は動作方向や姿勢によって影響を受けるため，課題/問題とする動作がどのような運動方向や姿勢を必要とするのか？という運動学的な視点をもっておかなければならない

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ラ運動方向によってAPAは変わる

Horak FB et al：Postural inflexibility in parkinsonian subjects . J Neurol Sci. 1992 Aug;111(1):46-58

姿勢制御は補足運動野をはじめ，運動前野などの運動制御・姿勢制御の計画を立てる大脳皮質が作用するとされるしかしながら，様々な研究では大脳基底核においても姿勢制御が障害されることを報告している

スボト

ラ運動調整と姿勢制御

Internal Loop(記憶誘導性) External Loop(外部誘導性)

Michael S. Gazzaniga et al：Cognitive Neuroscience: The Biology of the Mind . W W Norton & Co Inc .2013

運動調整のエラーが与える影響は運動制御のみならず，先行的に作用するはずの姿勢制御においても影響を及ぼす APA’sを駆動する大脳皮質である補足運動野や運動前野は，大脳基底核や小脳から情報を提供されており，その情報をもとに姿勢制御のプログラムを生成してAPA’sを駆動させているからである

スボト

ラ運動調整エラーが与える姿勢制御への影響

高草木薫：大脳基底核による運動の制御 .臨床神経学 49(6), 325-334, 2009

黒質緻密部ドーパミンによって②直接路が促通され，運動関連領野が活動しやすくなる

大脳皮質大脳皮質運動関連領野

視床下核

淡蒼球内節/黒質網様部脳幹脊髄

視床

線条体

随意運動

黒質緻密部

淡蒼球外節

抑制

促通

持続的に活動

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ラドーパミンによるループの強化

①ハイパー直接路

③間接路

②直接路




スボト

ラ動作で捉える姿勢制御

• 歩行を開始する上でのFirst Stepは，意識的な運動/動作である

• 立位の段階で適切な姿勢制御プログラム(pAPA)が生成されなければ，後の運動実行(First Step)に影響を及ぼす可能性が高い

• 一側へしっかりと重心移動を行うことで，橋網様体脊髄路(pAPA)が作用し，支持性の高い立脚側を提供することができる

スボト

ラ立位 ⇒ Step （preparatory APA）

しっかりと重心移動できている？ス

ボト

ラ姿勢制御：動作で捉える姿勢制御

橋網様体脊髄路が不活性→pAPAが作用していない

橋網様体脊髄路が活動→pAPAが作用している

Bonora G et al：A new instrumented method for the evaluation of gait initiation and step climbing based on inertial sensors: a pilot application in Parkinson‘s disease．J Neuroeng Rehabil．2015

歩行開始の1歩目は随意的な要素が要求され，スムーズに実行されることでCPGによる自動的な歩行が可能となる 1歩目の良好な遊脚肢コントロールのための予測的姿勢制御の保証(立脚側への重心移動)は歩行にも繋がる

スボト

ラFirst step前における遊脚肢への重心移動

脳卒中患者のステップ前＝立位ス

ボト


遊脚側における下肢の随意運動と体幹の姿勢制御

立脚側における姿勢制御

• 橋網様体脊髄路(pAPA)の活性化を通じて，効率的な立脚側への重心移動ができた場合，その支持している筋からフィードバック情報が入力される

• 脊髄小脳路を通じて入力されたフィードバック情報は，小脳内にて処理され，前庭神経核・網様体を駆動させる

• それによって立脚側の支持性/安定性は一層強化される

スボト

ラ立脚側への重心移動後

脳卒中患者の立脚側への重心移動後ス

ボト


橋網様体脊髄路が不活性→pAPAが作用していない

↓

脊髄小脳路を通じた感覚フィードバックを得られない→前庭・網様体の不活性化

↓

立脚側の支持性/安定性低下

橋網様体脊髄路が活動→pAPAが作用している

＋外側皮質脊髄路

• 立脚側における姿勢制御(pAPA)の生成/実行ができていれば，First Stepにおける遊脚側の随意運動に伴って延髄網様体脊髄路(aAPA)が随伴して作用する

• 延髄網様体脊髄路(aAPA)は，外側皮質脊髄路による随意運動と協調しながら作用することで過剰なSwing(分廻し/内反尖足etc… ) を抑制するよう機能する

• 立脚側における姿勢制御が不生成であれば，aAPAも遂行されにくく，何らかの代償的で過剰なSwingとなる

スボト

ラFirst step

Li S et al：New insights into the pathophysiology of post-stroke spasticity . Front Hum Neurosci. 2015 Apr 10;9:192

橋網様体脊髄路(pAPA)と前庭脊髄路は抗重力筋に対して興奮性に作用し，伸展活動を高める役割を果たしている対して，延髄網様体脊髄路(aAPA)は，外側皮質脊髄路(随意運動)と並行作用し，抑制性に作用しながら随意運動が円滑になるように機能している

スボト

ラ随意運動を円滑化するためのaAPA

脳卒中患者のFirst Stepス

ボト


• 随意運動(Step)の背景に姿勢制御(aAPA)の働きがなく，代償的で過剰な筋活動でのStepとなる

麻痺側のStanceは？ス

ボト


麻痺側へ重心移動しきれない

体幹左側屈で麻痺側への重心移動を補助

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