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若年成人における口腔機能トレーニング中の脳活動の検証

阿部, 真澄 東北大学

2023.03.24

概要

認知機能は,学業成績や仕事のパフォーマンス,あるいは自動車運転などとも関連が大き
く,ヒトが生存する上で極めて重要な役割を担っており,認知機能の維持・向上は,重要な
課題である.また口腔機能低下と認知機能低下との関連も示唆されており,認知機能のみな
らず口腔機能の低下を予防し,その機能を向上させることも現在の喫緊な課題である.そこ
で,本研究では,口腔機能トレーニングにゲームベースのいわゆる「脳トレ」の要素を含ん
だ認知トレーニングを組み合わせ,口腔機能のみならず認知機能を賦活し,両者の低下を予
防し得る新たなトレーニングプログラムの開発を目的に,その基礎的検討を実施した.
基本となる口腔機能トレーニングは,パタカラ体操,口唇運動,舌運動の3つとし,脳ト
レ要素としての認知トレーニングとして,計算,N バック,抑制,記憶の4つを選択した.
それぞれのトレーニングの相性から,本研究では,パタカラ×計算,口唇運動×N バック,
舌運動×抑制,舌運動×記憶の4パターンを設定した.各パターンには,7 段階の難易度を
設定した[level 0(認知負荷無し)
,level1~6(level6は難易度最大)].プログラムの適切
性を判断するために,12 名の若年健常成人を被験者とし,トレーニングを行わせた.2 チ
ャンネル NIRS(Near-infrared spectroscopy:近赤外分光法)を用いて左側背外側前頭前野
(Dorsolateral prefrontal cortex : DLPFC )と右側内側前頭前野(medial prefrontal cortex:
mPFC )におけるトレーニング中の脳活動を計測した.また各トレーニング後と全てのトレ
ーニング終了後にアンケート調査を実施した.NIRS の評価とアンケート結果より,認知機
能を十分に賦活しうる口腔機能トレーニングタスクとしての適切性を検証した.
実験の結果,各パターンにおいて口腔機能トレーニングのみ(level 0)では脳活動の有意な
賦活は認められなかった.一方,認知要素を付加した口腔機能トレーニングにおいては,パ
タカラ×計算タスクでは,level 1 および level 2 で左側(DLPFC)が,level 6 で左側(DLPFC)
と右側(mPFC)における脳活動量がレスト時と比較し有意に増加した.舌運動×抑制では,
leve6 で左側(DLPFC)の脳活動量が,口唇運動×N バックタスクでは,level6で左側
(DLPFC)と右側(mPFC)において脳活動量が安静時と比較し有意に増加した.
本研究結果から,口腔機能トレーニングでは有意な脳活動の上昇は認められなかったが,
認知機能トレーニング要素を付加した口腔機能トレーニングにおいて前頭前野を賦活する
ことが確認された.すなわち,認知要素を付加した口腔機能トレーニングにより,認知機能
および口腔機能の両方に効果があることを示唆しており,今回開発したトレーニングプロ
グラムが口腔の健康のみならず認知機能の維持・向上にも大きく貢献できる可能性が示さ
れた. ...

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参考文献

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17

謝辞

稿を終えるにあたり,終始御懇篤なる御指導および懇切なる御校閲を賜りました本学大

学院歯学研究科リハビリテーション歯学講座,分子・再生歯科補綴学分野,江草宏教授,口

腔システム補綴学分野,佐々木啓一前教授に深甚なる感謝の意を捧げます.また本研究の遂

行にあたり,終始御教示,御指導頂きました本学加齢医学研究所認知健康科学研究分野,野

内類准教授,ならびに本学大学院歯学研究科口腔システム補綴学分野,小川徹准教授,依田

信裕講師,白石成助教,日原大貴助教に厚く感謝申し上げます.さらに日頃より御支援,御

協力頂きました口腔システム補綴学分野講座員に深く御礼申し上げます.

18

表 1 パタカラトレーニング(トレーニング1)のルール

レベル

トレーニングルール

認知負荷無し

level0

画面にランダムで表示されるパタカラいずれかの文字を連続で発音する.

認知負荷あり

level1

画面にランダムで表示されるパタカラいずれかの文字を連続で発音しながら

1 桁の足し算を行う.

level2

画面にランダムで表示されるパタカラいずれかの文字を連続で発音しながら

1 桁の引き算を行う.

level3

画面にランダムで表示されるパタカラいずれかの文字を連続で発音しながら

2 桁の足し算を行う.

level4

画面にランダムで表示されるパタカラいずれかの文字を連続で発音しながら

2 桁の引き算を行う.

level5

画面にランダムで表示されるパタカラいずれかの文字を連続で発音しながら

2 桁の足し算,後半は 2 桁の引き算を行う.

level6

画面にランダムで表示されるパタカラいずれかの文字を連続で発音しながら

2 桁の足し算引き算をランダムで行う.

表 2 舌運動トレーニング(トレーニング 2)のルール

レベル

認知負荷無し

認知負荷あり

トレーニングルール

level0

矢印と同じ方向に舌を動かす.

level1

青〇が出た時だけ舌を右方向に動かす.

level2

矢印(左右2方向)と逆方向に舌を動かす.

level3

矢印(左右上下4方向)と逆方向に舌を動かす.

level4

level5

3 つの矢印が表示される.

上下左右4方向の内表示されていない矢印の方向へ舌を動かす.

赤矢印の時は同じ方向青矢印の時は逆方向に舌を動かす.

3 つの矢印が表示される.

level6

上下左右4方向の内赤矢印の時は同じ方向,青矢印の時は逆方向に舌を動

かす.

19

表 3 口唇運動トレーニング(トレーニング 3)のルール

レベル

トレーニングルール

認知負荷無し

level0

5 種類の顔のイラストの内表示されたイラストと同じ顔をする.

認知負荷あり

level1

指定したターゲットのイラストが出た時だけイラストと同じ顔をする.

level2

1 つ前に表示されたイラストと同じ顔が表示されたら右手を上げる.

異なる場合は現在表示されているイラストと同じ顔をする.

level3

前半は level2 と同じで,level4 と同じルール.

level4

2 つ前に表示されたイラストと同じ顔が表示されたら右手を上げる.

異なる場合は現在表示されているイラストと同じ顔をする.

level5

前半は level4 と同じで,level6 と同じルール.

level6

3 つ前に表示されたイラストと同じ顔が表示されたら右手を上げる.

異なる場合は現在表示されているイラストと同じ顔をする.

表 4 舌運動トレーニング(トレーニング 4)のルール

レベル

トレーニングルール

認知負荷無し

level0

矢印の向きを1つ記憶し矢印の方向に舌を動かす.

認知負荷あり

level1

矢印の向きを2つ記憶し矢印の方向に舌を動かす.

level2

矢印の向きを3つ記憶し矢印の方向に舌を動かす.

level3

矢印の向きを4つ記憶し矢印の方向に舌を動かす.

level4

矢印の向きを5つ記憶し矢印の方向に舌を動かす.

level5

矢印の向きを6つ記憶し矢印の方向に舌を動かす.

level6

矢印の向きを7つ記憶し矢印の方向に舌を動かす.

20

表 5:アンケート1内容

略称

痛み

質問項目

回答方法

口やあごは痛くないですか?

はい(痛くない)・どちらともいえ

ない・いいえ(痛い)

疲労感

口やあごは疲れていますか?

非常に疲れた時を 0,

全く疲れていない時を 6 として

0-6 の 7 段階評価

頭を使っている

頭を使っている感覚はありましたか?

感覚

全くない時を 0,

強く感じた時を 6 として

0-6 の 7 段階評価

楽しさ

トレーニングは楽しくできましたか?

全く楽しくない時を 0,

非常に楽しめた時を 6 として

0-6 の 7 段階評価

難易度

トレーニングの内容は難しかったですか?

非常に簡単だった時を 0,

非常に難しかった時を 6 として

0-6 の 7 段階評価

継続性

毎日続けられると思いますか?

できそうにない・どちらともいえ

ない・できそう

1 日の実施回数

適切性

一日何回出来そうですか?

〇回

お年寄りの方が行うトレーニングとして適切

不適切を 0 として 0-6 の 7 段階評

だと思いますか?

表 6:アンケート 2 内容

質問項目

回答方法

今日行ったトレーニングについて,具体的にどのような点が楽しかったか

自由記述

つまらなかったかお答えください。

今日行ったトレーニングについて,具体的にどのような点が難しすぎたのか

自由記述

簡単すぎたのかお答えください.

全体を通して改善点があればお答えください.

21

自由記述

表 7:アンケート 2 のトレーニング 1 についての回答例

ID02

発音しながら計算するというトレーニングが新鮮で,頭の体操だけでなく口の体操も

している感じで楽しく感じた.

ID04

タイムトライアルのような感じで,どれぐらい回答数を伸ばせるかがやっていて楽し

く感じた.

ID04

計算問題で 2 桁の引き算が特に難しく感じた.

ID09

同じ発音が続くと口が止まりそうになった.

ID05

掛け算もあると面白いかもしれないと思った.

表 8:アンケート 2 のトレーニング 2 についての回答例

ID04

level6 は頭を使っている感じがあってゲーム性があって面白く感じた.

ID03

level4 や level6 は矢印が 3 つ出るので,表示時間が短く難しかった.

ID11

前半の level は単純作業で頭を使っている感じがしなかったので退屈に感じた.

ID10

次の動作に移るまでの間隔が短く同じ方向が続いた時に出したままになってしまった

ので,

舌を動かす時間があると運動効果がでそうに感じた.

表 9:アンケート 2 のトレーニング 3 についての回答例

ID06

表示されたイラストに対して正しい動きをできた時に楽しく感じた.

ID09

動作のバリエーションが多くて楽しかった.

ID02

level6 が後半になると難しかった.

ID05

level6 は最初の 3 つしか覚えられなかった.

ID03

イラストの表示時間がもう少し長ければもっと記憶できるように感じた.

ID06

イラストの種類が増えるともっと頭を使うと思う.

表 10:アンケート 2 のトレーニング 4 についての回答例

ID02

level5,6 になると記憶できずつまらなく感じた.

ID01

level4,5 あたりからなかなか記憶できずおいて行かれたように感じた.

ID09

level5 までは比較的簡単だった.

ID06

リズムや運動のレパートリーが増えると楽しくトレーニングできると感じた.

22

図 1 トレーニング 1 level1 イメージ図

図 2 トレーニング 2 level4 イメージ図

図 3 トレーニング 3 level2 イメージ図

図 4 トレーニング 4 level2 イメージ図

23

図 5 NIRS(Near-infrared spectroscopy)

図 6 トレーニング1の結果

エラーバーは標準誤差を示す.

24

図 7 トレーニング 2 の結果

エラーバーは標準誤差を示す.

図 8 トレーニング 3 の結果

エラーバーは標準誤差を示す.

25

図 9 アンケート1の痛みの回答

エラーバーは標準誤差を示す.

はい(痛くない)=1,どちらともいえない=0,いいえ(痛い)=-1 とし数値化した.

図 10 アンケート1の疲労感の回答

エラーバーは標準誤差を示す. 同一記号の場合は有意差を認めない.(p<0.05)

26

図 11 アンケート1の頭を使っている感覚の回答

エラーバーは標準誤差を示す. 同一記号の場合は有意差を認めない.(p<0.05)

図 12 アンケート1の難易度の回答

エラーバーは標準誤差を示す. 同一記号の場合は有意差を認めない.(p<0.05)

27

図 13 アンケート1の楽しさの回答

エラーバーは標準誤差を示す. 同一記号の場合は有意差を認めない.(p<0.05)

図 14 アンケート1の継続性の回答

エラーバーは標準誤差を示す. 同一記号の場合は有意差を認めない.(p<0.05)

できそうにない=-1,どちらともいえない=0,できそう=1 とし数値化した.

28

図 15 アンケート1の 1 日の実施回数の回答

エラーバーは標準誤差を示す. 同一記号の場合は有意差を認めない.(p<0.05)

図 16 アンケート1の適切性の回答

エラーバーは標準誤差を示す. 同一記号の場合は有意差を認めない.(p<0.05)

29

図 17 トレーニング 1 正答数の変化(12 人の平均)

エラーバーは標準誤差を示す.

図 18 トレーニング 1 正答率の変化

エラーバーは標準誤差を示す.

30

図 19 トレーニング 2 正答率の変化

エラーバーは標準誤差を示す.

図 20 トレーニング 3 正答率の変化

エラーバーは標準誤差を示す.

31

図 21 トレーニング 4 正答率の変化

エラーバーは標準誤差を示す.

32

...

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