JP2000504240A

JP2000504240A - 神経回路網の興奮性を変更する方法および装置

Info

Publication number: JP2000504240A
Application number: JP9523489A
Authority: JP
Inventors: デリ，ロベルト; フイリッピ，グイド，マリア
Original assignee: デリ，ロベルト; フィリッピ，グイド，マリア
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 2000-04-11
Also published as: EP0873105B1; ITRM950844A1; EP0873105A1; IT1277959B1; US20020029069A1; DE69636125D1; ATE325596T1; AU1207897A; WO1997023189A1; ITRM950844A0

Abstract

(57)【要約】本発明は、神経回路網の興奮性を変更する方法に関し、振動誘発筋肉伸縮シーケンスを印加し、周波数を１ないし３００Ｈｚの範囲とし、ピーク−ピーク運動振幅を１μおよび当該筋肉の最大生理学的長さの範囲内に含ませ、印加時間を１ないし６０分の間とする。また、本発明は、前述の方法を実施する装置にも関するものである。

Description

【発明の詳細な説明】神経回路網の興奮性を変更する方法および装置本発明は、神経回路網の興奮性を変更する方法に関する。更に、本発明は、前記方法を実現する装置に関する。更に特定すれば、本発明は、単一の筋肉の全筋肉群または、最小であっても、選択された部分の筋緊張および収縮性能力を増大または減少させ、短い微小筋肉 (micro muscle)伸縮シーケンスを与える方法、およびそれに関連する装置に関するものである。本発明による方法は、機械的神経受容器(mechanical nervous receptor)を活性化させ、運動ニューロンおよび連結する神経回路網を活性化させることにより、それらの興奮性を増大または減少させる。かかる神経変化は、動機レベル(motive level)で発生し、筋肉活動の顕著な変更を伴う。毎日数分間の印加によって、容易に再生可能でありかつ増強可能な、筋肉の収縮性が生じ、前記変更は長期間（月単位）にわたって継続する。よく知られているように、細胞構造の殆ど全ては記憶系である。特に、これは興奮可能な組織（筋肉および神経）に当てはまり、その状態は時間的条件の線型関数には程遠いものである。管内において、数分間続く電荷の細胞内注入によって、細胞集団の単一セルの記憶を変更できることが実証されている。強度が高い電荷は、数カ月にわたる神経の興奮性増大をもたらし、一方低い値の電荷によって、神経的興奮性の永続的な低下が測定されている。人に適用可能な同様のものはない。現在、収縮性および筋緊張は、多くの異なる技法によって、その増大または減少が可能となっている。骨格筋緊張の増大は、積極的な動機、電気的刺激、加熱、光、磁場の使用によって、リハビリテーションおよびスポーツ分野双方において望まれている。これらの技法の内、最も効率的なのは、随意運動に基づくものと思われる。リハビリテーションの分野では、これらの方法の例として、カバット法(Kabat method)、ボバス法(Bobath method)、ドーマン−デラカト法(Doman-delacato m ethod)、ボッジャ法(Vojta method)、進行的連続方法(progressive sequential method)、「バイオフィードバック」の使用に基づく方法がある。これらの方法は、苦しいアマチュア・スポーツ分野における筋肉強化に通常採用されている方法と併用することができる。これらの方法の結果として、異なる方法で、筋肉栄養機能の向上、神経筋の反射作用の向上、関節および骨装荷(bon e charge)の適応、筋力の増大を満足することが可能となる。しかしながら、よく知られていることであるが、上述の方法は、かなりの適用時間（多くの場合、多くの月にわたって毎週多数の時間）を必要とし、多くの場合、エネルギの消費も多い。現在知られている他の方法は、効率および適用可能性が低いことによって特徴付けられる。また、これは電気刺激も用いるので、その物理的な制約のために、電極が配置される皮膚面に近い方の筋肉線維にこの方法の作用が限定される。電気刺激の適用は、治療過程の間、ほとんど相動性線維(phasic fibres)のみに関係し、相動性線維は、殆ど規則によって、筋肉抗争(muscular contest)内のこの表面座を占める。前記線維は、それらの新陳代謝のために、長い活動の後では、容易に疲労する可能性があり、体位機能(postural function)を果たすことができない。この事実を例証するために、１回当たり電気刺激を１０ないし１５分に制限する必要があることを引用することができる。良好な筋肉−弛緩を得る筋肉の変更は、実行中に満足を得るには、更に一層複雑となり、いずれの場合にも偶然的な結果が生ずる。これらの場合、運動によって得られる成果に限界があることに鑑み、その毒性がよく知られているボツリヌスが用いられる。これに関連して、本発明によって提案される解決策は、骨格筋の収縮性の補正に関連する問題に対する手法を完全に改め、選択した神経集団の記憶を、大きくても小さくても永続的に変更することにより、筋肉−弛緩作用を生じ、筋力の著しい強化を可能にすることを含む。本発明によれば、これらおよびその他の成果は、非常に短い期間振動を使用し、素早い応答時間で、この作業を施す筋肉線維を適切に選択して、神経の微小伸縮シーケンスを誘発する技法を適用することによって得られる。本発明によって示唆される解決策は、中心的ニューロンに作用し、神経の記憶を変更することができる。本発明による方法および装置によって、外部から、完全に乾いた方法で(dry w ay)、生理学的に与えられる自然な知覚方法を用いて、筋肉の活動を制御する神経回路網と通常接続されている、変更すべき神経回路網に到達することができる。したがって、本発明の具体的な目的は、振動を誘発する神経伸縮シーケンスの適用から成る、神経回路網の興奮性を変更する方法であり、周波数は１ないし３００Ｈｚの範囲とし、ピーク−ピーク運動振幅は１μないし筋肉の最大生理学的長さ(physiological length)の範囲に含まれ、適用時間は１ないし６０分の間である。特に、本発明によれば、毎日１回以上印加するので、保守期間は非常に少なくて済む。好ましくは、本発明によれば、力および筋緊張の増大を得るためには、４０ないし３００Ｈｚの間、更に好ましくは８０ないし１２０Ｈｚの間、更に一層好ましくは９０Ｈｚの振動を印加する。更に、本発明によれば、良好な筋肉弛緩を得るためには、１ないし４０Ｈｚ、更に好ましくは１０ないし３０Ｈｚ、更に一層好ましくは１５Ｈｚの振動を印加する。常に本発明によれば、前記ピーク−ピーク運動振幅は、０．１μおよび０．３ｘＬ₀の間（Ｌ₀は、対象の筋肉線維の最大長および最小長間の平均値を表す)、更に好ましくは０．１ないし２ｍｍの間であり、更に一層好ましくは０．１ないし１ｍｍの間である。常に本発明によれば、前記振動は、時間の進行に対して、正弦波、方形波、鋸歯、三角波等を有するパルス力を用いて印加する。好ましくは、前記パルス力は正弦波形状(sinusoidal run)を有する。また、本発明は、神経回路網の興奮性を変更可能にする装置にも関するものである。この装置は、フィーダと、増幅器と、機械的変換器と、１ないし３００Ｈｚの範囲内の周波数、および１μおよび当該筋肉の最大生理学的長さの間の範囲内に含まれる振幅を有する筋肉伸縮シーケンスを与えることができる振動発生手段と、該振動発生手段と特定の身体部分との接続のための１つの印加素子と、いずれかの身体部分に対して、ｘ、ｙおよびｚ軸に対して、あらゆる方向に、所定の体積内に、前記振動発生手段を前記印加素子と結合する手段とから成る。特に、本発明によれば、周波数は、筋肉の弛緩を得るためには、１ないし４０Ｈｚの間、更に好ましくは１０ないし３０Ｈｚの間で変動し、更に一層好ましくは１５Ｈｚであり、力および筋緊張の増大を得るためには、４０ないし３００Ｈｚの間、更に好ましくは８０ないし１２０Ｈｚの間で変動し、更に一層好ましくは９０Ｈｚである。更に、本発明によれば、前記装置は、ピーク−ピーク運動振幅が１μおよび０．３ｘＬ₀の間(Ｌ₀は、対象の筋肉線維の最大長および最小長間の平均値を表す) として、好ましくは０．１ないし２ｍｍ、更に一層好ましくは０．１ないし１ｍｍとして、シーケンスを印加することができる。好ましくは、本発明によれば、波形発生器を備えている。具体的には、前記波形発生器は、正弦波、方形波、鋸歯波、三角波等を発生する。更に本発明によれば、前記装置は、印加した力の電圧、周波数および振幅のディスプレイ、およびタイマを備えている。本発明による装置の好適な実施形態によれば、前記結合手段は、垂直スタンド、およびこれに結合されたブラケットから成るものとすることができる。更に、本発明によれば、前記印加素子は、前記振動発生器に固定的または着脱自在に結合可能である。筋肉微小伸縮は、本発明によれば、筋肉線維に対して垂直な成分を含むパルス力を印加することによって、または筋肉線維に対して並行な成分を有するパルス力の押し込みおよび引っ張りを印加することによって得ることができる。本発明による装置は、例えば、体育館、研究所、診察室、家庭等において用いることができる。これより、同封する図面の図を具体的に参照しながら、本発明の好適な実施形態にしたがって、限定的な目的ではなく例示的に本発明について説明する。図１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、本発明による方法および装置の適用を示す概略図である。図２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、本発明による方法および装置の第２の適用を示す概略図である。図３は、本発明による装置の一実施形態を、概略的かつ部分的にブロック図で示す。図４は、本発明による装置の一実施形態を概略的に示す。図５Ａ〜５Ｄは、第１の実験中に収集したデータを示す。図６Ａ〜６Ｂは、第３の実験中に収集したデータを示す。図７Ａ〜７Ｃは、第５の実験中に収集したデータを示す。本発明にしたがって提案することは、波形発生器によって制御される機械的変換器によって、連続的に筋肉伸縮を筋肉群全体、または小さくても、選択された部分に適用し、得るべき結果に関連付けて、その出力を適切に振幅することによって得られる。これらの運動の振幅は、腹筋の運動を発生するようなものでなければならないが、関与する筋肉線維の損傷を引き起こす程の値以上であってはならない。印加される変位の周波数は、所望の結果に関連付けて選択しなければならない。低周波数は、筋肉の弛緩を得るには賢明であり、高周波数は力および筋緊張の増大を得るのに適している。実際に、筋肉収縮性を変更することを望む場合、運動性分節神経回路網(motor segmental neural network)に到達する必要がある。前記構造は、生理学的に、筋肉機構神経受容器（機械−電気変換器）からかなりの電力を有するコマンドを受け取る。かかる受容器は、それらの構造の機械的な微小変形 (大きさはμｍの単位である)、およびその派生物に対して感応する。かかる変形は、作用することを望む筋肉または筋肉群に、微小伸縮を適用することによって得ることができる。実際、このようにして活性化された神経チャネルは、同じセンサが位置する、筋肉を制御する神経回路網と接続される (言い換えれば、これらは制御ループを作成する)。微小伸縮シーケンスの適切な周波数および振幅（発振周波数が８０ないし１５０Ｈｚ、ピーク−ピーク振幅が０．１ないし１ｍｍ、および正弦波形状の場合に、最良の結果が得られる）によって、接続されたニューロン上に非常に高い強度を有する「疑似生理学的(paraphysiol ogical)」信号が発生する。全ての刺激印加時間中前記回路網を多少随意に活性化させておくことにより、かかる興奮は、適切な時間（＞５分）維持すれば、回路網の興奮性に永続的な増大を誘発する。これら微小変異（腱、本体部分等）を毎日１回以上印加することによって、その結果、印加の後に、神経興奮性の増大を得ることができ、各印加の後、時間単位、日単位、月単位というように、潜在的に可能な決められた状態までその興奮性の持続は徐々に長くなっていく。同じ手順を、強度を低くして印加すると (周波数を１０ないし３０Ｈｚ、ピーク−ピーク振幅を０．１ないし１ｍｍとする)、神経興奮性の低下を誘発し、結果の永続性を得るために必要な印加の時間期間について、先に述べたのと同様の特徴を有する。本発明の装置の好適であるが限定的でない実施形態については、以下で一層詳細に説明するが、これによって、パルス力(pulse force)を（筋肉線維、腱等に）印加し、その印加時間中、正弦波、方形波、三角波、鋸歯等とし、波形発生器によって駆動(pilot)され、増幅され、変換器によって発生される。この信号の周波数および電力を変調することが可能である。変換器は、機械的に人の体に接続可能で、空間内のあらゆる方向に向けることができ、固定支持構造に堅固に結合することができなければならない。本発明による装置の一実施形態について、同封の図３および図４を参照しながら、端的に説明するが、本装置は異なる方法でも実現可能であり、常に本発明の基本的教示にしたがうことを考慮しなければならない。同封した図面に示す実施形態では、フィーダ１、波形発生器２、増幅器３、および変換器４を備えた計器が示されている。更に、表示装置５も備えられている。図示の装置は、振動の印加振幅および周波数双方を調節することができるが、かかる構造はいずれの解決策にも必須ではない。本発明による装置は、特定の用途のために、特定の振動のみを得ることができる。振動発生器６には、供給用入力７、および患者の部分に振動を印加する手段９を結合する手段８が備えられている。図４には、別の解決策として可能なものの１つを示す。振動発生器６は、３本の軸ｘ，ｙおよびｚに沿ったあらゆる方向付けにも応じて、所定の空間内に固定して維持される。これは、高さが調節可能な支持部１０、およびブラケット１１から成る。調節素子１２によって、あらゆる可能な方向付けにしたがって、先に述べた発生器の方向付けを得ることができる。このように、本発明の装置は、円形の伸長(circular extension)がない人の筋肉線維の群のいずれかにおいて、その長手方向軸の方向にしたがって固定することができる。前記装置は、空洞状構造、反空洞状構造、分離壁、括約筋構造(sphincter str ucture)を形成するように、通常、例えば、放射状、円形、楕円形の、概略的に円形の伸長を有する筋肉線維の主軸に対して０°ないし１８０°の間の角度を有さなければならず、かつ有することができる。更に、前記装置は、身体部分に対して、いずれの軌道に対しても接線方向に配置しなければならず、かつ配置することができる。本装置の先端位置は、筋肉線維、腱、身体部分との固定結合、即ち、機械的接触を可能とし、筋肉線維に、微小伸縮シーケンスを与える。前述のものを得ることができるような本発明による装置の固定結合の実現は、多くの異なる方法で実現可能であり、全て本発明の範囲に含まれることは明らかである。本発明による方法および関連する装置の第１の可能な応用は、力および筋緊張の永続的な増大の誘導である。適切な振幅および周波数を有する筋肉伸縮シーケンスの適用により、処置を施すために選択された筋肉線維に、力および筋緊張の増大が誘発される。この成果は永続的であり、殆ど伸縮シーケンスを適切に補強せずに、永久的とすることができる。力および筋肉の増大を誘発し、ある時間にわたって永続的とするためには、高周波数の使用に基づいて以下に記載する方法に従う必要がある。１）作用させたい筋肉線維を、軽い収縮状態に置かなければならない。この収縮状態は、筋肉伸縮シーケンスを適用している期間中維持しなければならない。２）筋肉構造に加える変位の周波数は４０ないし３００Ｈｚの間である。３）筋肉線維に加える変位の振幅は、ピーク−ピークで、１μと、当該筋肉の最大生理学的振幅との間であり、好ましくは、０．１ｍｍおよび０．３ｍｍｘＬ₀ の間（Ｌ₀は、対象の筋肉線維の最大長および最小長間の平均値を表す)、更に好ましくは０．１ないし２の間であり、更に一層好ましくは０．１ないし１ｍｍの間である。高い値の印加周波数を、低い値の振幅と関連付ける。４）各セッションの期間は、分単位の範囲であり、いずれの場合でも、患者に倦怠感を与えることはできない。５）所望の結果を誘発するのに必要な１日のセッション数は、患者に適したものでなければならない。有効な値を有する集中レベルが得られる場合、到達した新しい筋肉の緊張レベルの維持フェーズに移り、得られた現象の自発的衰退に基づいてセッションを遅らせる。本発明による方法およびそれに関連する装置の第２の可能な用途は、長時間永続する筋肉の弛緩の誘発である。永続的な筋肉の弛緩は、低周波数の使用に基づく、以下の方式を適用することによって得ることができる。１）筋肉構造に加える変位の周波数は、１ないし４０Ｈｚの間である。２）筋肉線維に加える変位の振幅は、ピーク−ピークで、１ｍｍおよび０．３ｍｍｘＬ₀の間（Ｌ₀は、対象の筋肉線維の最大長および最小長間の平均値を表す）である。高い値の印加周波数を、低い値の振幅と関連付ける。３）各セッションの期間は、分単位の範囲である。４）所望の結果を誘発するのに必要な１日のセッション数は、患者に適したものでなければならない。有効な値を有する集中レベルが得られる場合、到達した新しい筋肉の緊張レベルの維持フェーズに移り、得られた現象の自発的衰退に関連してセッションを遅らせる。双方の場合において、上述の本発明による方法および装置の実験手順(protoco l)を用いれば、いずれのフェーズにおいても、処置を中断することができ、規則的な処理の開始について述べた手順にしたがって、いつでも再開することができる。本発明の方法および装置によって、処置前の筋肉状態に戻すことも可能である。前述の２つの実験手順(protocol)によって得ることができる筋肉の効果は、採用した実験手順の逆を適用することによって、消滅させることができる。即ち、低周波数の伸縮シーケンスを用いて、得られた緊張または力の増大を弱めたりあるいは消滅させ、高周波数の使用によって、力および筋緊張を適当なレベルに復元する。本発明の基本的な機構は、既に述べたように、選択した神経集団の記憶の永続的変更にある。殆ど全ての細胞構造は、記憶系である。これは、特に、興奮可能な組織（筋肉および神経）に当てはまり、決定したある時刻における活動は、システム状態の関数となり、これは時間的に以前の状態の関数である。過去において、適切な時間および適切な強度の電荷の細胞内注入によって、単一のセルまたは細胞集団の記憶を、管内において変更することが可能であることが実証されている(Kandel et al.)。強い電荷を数分間印加することによって、この処置を受けた神経の興奮性増大が、数カ月にわたって得られる。代わりに弱い電荷強度によって、永続的な神経興奮性低下現象(neuronal hypoexcitability phenomenon)が誘発される。同様の現象は、原始的動物（軟体動物）に同じ技法の細胞内電気刺激を加えることによっても、発生している。生体の哺乳乳類について、少なくとも人について同様のことを強調または検査したものはない。本発明によって示唆される解決策は、選択した神経集団の記憶を永続的に変更することができ、これによって、介入を望む筋肉構造の力および緊張の増大、または弛緩の効果が直ちに得られる。上述の方法および装置は、いくつかの選択された感覚経路(sensitive pathway )の活性化によって、運動制御神経回路網を得させ、筋肉構造と、これを制御する神経回路網とを生理学的に接続する。前記感覚経路は、筋肉微小伸縮シーケンスを適用することによって選択的に活性化される。この間の振幅および以降の派生物(derivatives)は、強力であり、非常に選択性が高い刺激である(Matthews)。これら感覚経路の活動は、この種の刺激に対する選択感度に基づいて選択され、加えられる変位の周波数および振幅パラメータによって、正確にかつ強力に変調される。前記感覚経路の活動は、神経回路網に送られ、機械的刺激に伴う、筋肉線維の運動制御を行う。前記線維は、長い最大活動(prolonged maximum activity)に対する非常に高い抵抗性によって、選択的に特徴付けられる(Burke)。その完全に生理学的な方法において、管内で人工的に得られたのと同様の状況が得られ、微小電極を挿入する単一の神経細胞の本体には電流を注入しない。前記高い強度の機械的刺激の印加は、上述の神経系統への強力な入力信号に変換され、一方弱い機械的刺激は、小さい入力信号を生成する。これら２つの条件を数分間維持すると、活性化された神経回路網の興奮性に増大（図１参照）または減少（図２参照）を誘発し、これは数カ月またはそれ以上継続する。前述の２つの状態変更の一方を生じた神経細胞は、以前の状況に対して、それぞれ、低い周波数または高い周波数によって、筋肉線維を導く傾向があり、より高い力出力(force output)または筋肉弛緩を生ずる。より一般的には、前記機構は、運動神経細胞と接続された伸長受容器(stretch receptor)がある場合に作用することができ、したがって、平滑筋および心筋組織においても作用することができる。本発明による方法および装置は、多くの分野で使用することができるが、その内の以下に示すものは、限定的な意味で解釈してはならない。神経興奮性を増大または減少させる要望、獲得可能な筋力を倍増する要望、筋肉弛緩を誘発する要望、筋肉組織を整形する要望。筋肉拡大能(muscle powering )、持久力(staying power)の向上。基本的な緊張の変調による、動機計画学習時間(motive strategy learning time)の変調、流動化(fluidify)、最適化、改善。体位または体位の一部の改良。筋緊張亢進、異常動機計画(anomalous motive strategies)の使用の変更、筋肉痙攣、筋肉高反射性(muscular hyperreflexivity)、基本的な緊張の変調による、動機計画学習時間の変調、流動化、最適化、改善、一過性の特徴を有する運動単位(motive units)に対する合成の方向への筋肉の発育 (短期間の高血圧、収縮速度、低持久力)、体位または体位の一部の改良。本発明による方法および装置の使用は、しかしながら、人の意思によって制御される筋肉に限定される訳ではなく、随意制御以外の筋肉（平滑筋、腸、動脈および静脈、嚢等、心筋、心臓等）にも用いることが可能である。実験および結果報告する全ての実験は、５４人の大人の被験者に対して行ったものであり、彼らからインフォームド・コンセント(informed consent)を得ている。運動出力(motor output)の増大誘発は、患者の主観的な報告が実証に影響を与えない実験によってのみ示されている。有痛性筋肉拘縮(painful muscle contra ctures)において誘発される運動出力の減少は、客観的な結果では殆ど立証することができないので、主観的な報告を提示する。事件の全期間にわたって、患者は生活様式を変えずに通した。明確かつ肯定的な結果が常に得られた。実験的研究の初めに、運動出力の増大を誘発することを望む５人の患者において、初期段階では直ちに肯定的な効果が得られなかったが、これは、患者が処置した筋肉において有効な随意収縮を生ずることができなかったことによる。この場合、被験者に彼の筋肉を収縮させる訓練を行った後に、実験手順をもう一度開始した。これら５例において、その効果の経時変化および大きさに関して、その他と重複可能な(superimposible)結果が得られた。全ての検査対象の被験者において、訓練領域の質量には変化が検出されなかった。実験１目的：右第２指の屈筋の運動出力を増大させる。方法：６人の大人の患者の右第２指の屈筋の最大随意収縮（ＭＶＣ）によって発生する力を、前述の実地改善処置(operative conditioning)の前および後において測定した。１０回の振動印加を行い、各々その期間は１０分であった。印加は、連続する４日にわたって、４＋４＋１＋１というシーケンスで分散して行い、２回の連続する印加の間には、少なくとも１時間の合間を入れた。振動パラメータ：正弦波状振動、周波数：９０Ｈｚ、振幅：ピーク−ピークで０．３ｍｍ。印加の間および力評価の間の患者の姿勢：患者の姿勢は、注意深く同一に保ち、姿勢が異なることによって結果的に発生し得るあらゆるばらつきを回避するようにした。患者は着座していた。後頭および背中は、硬い椅子の背に接触させた。椅子の背は、水平面に対して９０°の角度とした。患者の腕および彼の手は、以下のように配置した。ａ（肘の横方向回転）＝約２５° ｂ（肘の前方向回転）＝約３０° ｇ（肩関節角度）＝約１２０° ｄ（手首関節角度）＝約１８０° ｅ（中手骨指節骨関節角度）＝約１２０° θ（第１指関節角度）＝約１３５° η（第２指関節角度）＝約１２０° 振動的刺激は、力ベクトル(force vector)と同じ方向に向け、振動装置を第２指の遠位端に取り付けた。左腕に関しては、特別な指示は与えなかった。検査対象の患者は、彼の右第２指を力変換器に対抗して、彼のＭＶＣを下方向に加えた。被験者は、音による「開始」信号で彼の最大力を加え始め、彼の最大努力を発揮したと感じたときに停止し、各試行は５〜９秒かかった。連続する２回の試行の間に少なくとも２分の合間を入れ、可能な反復刺激および疲労効果を回避した。制御ＭＶＣ力として仮定した値は、９０回の個別試行を平均化し、連続する３日の間１日１ブロックずつとして、３０回の試行の３ブロックに分割することによって得た。改善処置の間およびその後、各ＭＶＣ値は、連続する１０回の張力の評価を平均化することによって得られた。報告された回答は全て、ピーク張力を評価することによって測定した。得られた結果効果の経時変化(time course)および実体は、全ての検査対象の被験者において重複可能であった。最大力の増大は、改善処置の終了後１５日で観察され、＋３３５％および＋３７０％の間の範囲であった (平均増大率＋３５１．２５％ ±１４)。ＭＣＶ力の増大は、実験開始から１１５日±１０日後、その最大値の５０％(Ｔ／２) に低下した。図５Ａ〜図５Ｄは、３人の３８歳の男性から収集した典型的なデータを報告する。各プロットにおいて、時間＝０（実地改善処置前の制御値）に対応する点は、１日１０回の測定として３日間行った９０回の単一評価の平均である。他の点は全て１０回の測定の平均である。矢印および関連する番号は、印加した日および印加の回数を示す。プロットＢでは、標準偏差が報告されている。プロット５Ａは、上述のように訓練された右第２指によって発生した最大力の増大（百分率）の実体を示す (開いた正方形、実線)。同じプロットにおいて、訓練されなかった左第２指の最大力も報告されている (開いた円、点線)。日０の第１点は制御値であり、９０回の試行の平均である。全ての連続点は、１０回の評価の平均である。標準偏差をプロットＢに示す。右指に発達した力の大きな増大、およびその効果の非常に長い永続性が、明白に示されている (最大＋３６５％は、訓練終了から１６日後に到達し、訓練終了から１１６日後でも＋１１２％の力の増大が見られる)。また、訓練しなかった左指においても、明白な効果（プロットＡ、開いた円、点線）が検出される。かかる結果は、霊長類（６）においてWolpawによって報告されたデータと一致し、求心性(la af ferent)の両側投影（bilateral projection）、および不完全な反横方向筋肉弛緩(controlateral muscle relaxation)に帰する可能性がある。プロットＢは、右指における同じ効果を示す。大きさはＫｇ単位で表されている。最後に、プロットＣおよびＤは、最初の８回の印加の詳細な作用の作用を示し、明らかに、各印加の効果を証明している。２人の被験者において、短い持続時間で低周波数（１４Ｈｚ）の発振シーケンス（５分）を、同じ訓練した指に、増大訓練(potentiating training)の終了後１５日に印加した。直ちに、力出力はその制御出力に戻った。不快や苦痛、あるいは訓練領域におけるその他の変態を訴える患者はいなかった。実験２目的：内側広筋における筋緊張の増大方法：８〜１５回の一連の実験的印加から成る、先に提示した同じ実験手順を５人の大人の被験者に適用した。これらの患者は全て、隣接する脛骨に接触を強いられる膝蓋骨の横方向変位のために、膝蓋骨の縮合性軟化症(condromalacia) を患っていた。全ての患者は、少なくとも１年前に、大腿直筋腱の復位手術を受けている。外科手術は、全ての患者において技術的には成功であったが、膝蓋骨の変位の度合いに関しては満足度が乏しい。何故なら、内側広筋筋緊張が、外側広筋緊張よりも小さかったからである。振動的刺激は、患者が着座し、足を過伸展状態に保持（内側広筋の収縮）している間に印加した。振動的刺激は、筋肉本体に印加された。得られた結果２日目の印加の後、全ての患者は、明白な膝蓋骨変位の正しい位置への復帰、苦痛の症状(pain symptomatology)からの完全な解放、および明白な歩行(deambu lation)の改善が得られた。処置の終了から７カ月後、膝蓋骨の位置は、未だ正常で、兆候もなかった。実験３目的：左第２指の橈骨筋の運動出力の減少方法：４人の健康な大人の被験者の左第２指の橈骨筋のＭＣＶによって発達させた力を、前述の実地改善処置の前および後において測定した。１０回の振動印加を行い、各々その期間は１０分であった。印加は、１＋１＋１＋１というシーケンスで行った（１日１回の印加）。振動パラメータ：正弦波状振動、周波数：１４Ｈｚ、振幅：ピーク−ピークで０．３ｍｍ。実験手順は、実験１において述べたものと同じであった。被験者にバイブレータに対して軽く力（１００〜１８０ｇ）を入れるように要求した。得られた結果検査対象の被験者全員において、印加の３０〜６０分後に、ＭＣＶ力の減少が現れた。この現象の平均持続性は、８日（±２）であり、平均最大減少は−４８％（±１２％）であった。図６は、被験者３（男性、３４歳）において収集された典型的な結果を示す。逆外側指(controlateral finger)において、ＭＶＣ力の増大が観測されたことを注記しておく。これは、結果を評価するために患者が行った反復等尺性努力(repetitive isometric efforts)に帰すると考えられる。その結果、同一の増大機構(potentiating mechanism)が、左の訓練された第２指において得られたＭＶＣ力の減少という実体を隠した可能性がある。実験４目的：筋肉疲労に対する抵抗力を増大する。方法：５人の運動家の被験者において、単一の印加を、上腕二頭筋および腹直筋を行った。印加の時間期間は１０分、周波数は９０Ｈｚ、ピーク−ピーク振幅は０．１ｍｍであった。印加は、直接筋肉本体に行った。印加後その日に、被験者は一定の重量で一連の運動を行った。印加の後に行った運動の数の増大を、対照(control)と比較した。得られた結果被験者は全員、彼らの通常の身体訓練において、訓練した筋肉およびその周囲の領域において筋肉疲労がないことを告げた。行った運動回数の増大は、印加後最初の４日では、＋１２３％±１３であった。４日後に最大値に到達し (＋１３８％±１０)、次の３日で、対照に減少した。実験５目的：運動出力の減少を誘発し、有痛筋肉拘縮を和らげる。３９人の患者群に対して検査を行った。かれらの共通の症状は、有痛筋肉拘縮であり、これは触診により明白に知覚可能であった。患者の履歴に基づいて決定し最終的に機器による検査で確認した、彼らの悪性拘縮の基原にしたがって、次の３つの主要な群に彼らを分割した。偏奇性の拘縮から発する拘縮 (２３人の被験者)。異常体位から発する拘縮 (１０人の被験者)。関節および骨の疾患から発する拘縮 (６人の被験者)。方法：低周波数振動 (周波数を１４Ｈｚ、振幅を０．３〜０．５ｍｍ、印加時間を５分とした)、１日１回ずつ、１〜５回触診によって筋肉拘縮が非常によく認められる点に印加した。かかる点は通常最も痛覚が激しい領域に対応する。得られた結果偏奇性の拘縮または異常体位によって生じた筋肉拘縮は、処置の終了時に直ちに解消した。最初の結果は、概略的に、最初の印加の後約３〜５時間で現れた。この効果は、３ないし８カ月の範囲の期間にわたって続いた（１７８日±３４が平均の無痛期間であった)。異常体位によって生じた拘縮は、偏奇性の拘縮によって生じた拘縮と同じように、早い時期に緩和されても、その結果の永続性は、被験者の生活様式に大きく依存する。何故なら、これらの症候群の大部分（７０％）は、職業上の体位によるものであったからである。関節および／または骨の疾患から発する筋肉拘縮は、通常、１０ないし２０日という短い期間で改善した。骨および関節の疾患が、筋肉拘縮を発生した異常体位の緩和をもたらした状況において、かかる結果の例外が示された。この場合、誘発された筋肉の弛緩は、「リセット」として作用したと思われ、これが被験者に再度正しい運動計画を見つけ出させ、効果の永続性は、上述の２群と同じであった。３群の患者に言及する３つの例を図７Ａ〜図７Ｃに示す。プロットＡは、左右の中殿筋の有痛性拘縮によって生じた腰痛に２年間継続して悩んでいた被験者（女性、２７才）において得られた効果を示す。かかる筋肉は、垂直体位を維持する際に非常に重要であるので、被験者の身体的活動は非常に限られていた。この場合、３回の印加を行い、痛覚の緩和を得るのに十分であった。身体的活動は完全に回復し、治療終了から１７５日まで、被験者はすばらしい身体状態を保持していた。最初の処置終了後１９７日に、３回の印加を繰り返し、再び筋肉は弛緩した。プロットＢは、３２年前に５階からの落下の結果として多数の骨折が報告された被験者の症例（男性、５２才）を示す。彼は生き延びたが、その結果、異常および複雑垂直体位(abnormal and complex vertical posture)となり、左右のトラペティウス(Trapetius)、左右の中殿筋、および大腿４頭筋(Qadriceps muscle s)（主に内側広筋）に特に局在する、非常に明らかな有痛筋肉拘縮を生じた。患者の運動性は大きく損なわれ、苦痛であった。この被験者では、１日の休息を挟んで５日間に５回にわけて、各筋肉の苦痛および拘縮が最大であった地点に印加した。プロットＡは、右内側広筋上で得られた結果を示す。この結果は、他の筋肉にも同様に誘発された。印加後５カ月の時点において、被験者は、左内側広筋ｍにわずかに過ぎないが筋緊張の増大を感じると断言している。プロットＣは、左右の首の筋肉および咀嚼筋に広がった有痛性筋拘縮に悩む患者において行った３回の印加によって得られた結果を示す。その原因は、明らかな頚部関節痛(cervical arthrosis)の存在による可能性が大きかった。プロットＣにおいて報告されているように、緩和は、４回目の印加の終了後１４日続いただけであった。実験結果に対する検討報告された結果は、外部から筋肉に高周波数（運動出力の上昇を得るため）または低周波数（運動出力の減少を得るため）の振動を与え、等尺性筋肉拘縮に重ね合わせることから成る、迅速な非侵入性技法によって、人における運動出力に大きく永続的な変化が得られることを示す。かかる筋肉拘縮は、被験者によって随意に発生され、あるいは臨床的疾患によって生じた。得られた運動出力の変化は、次のように表現することができる。 −最大発揮力の大きく長期間続く増大（実験１） −体位の変化（実験２） −筋肉疲労に対する抵抗力の大きく長時間続く増大（実験３） −運動出力の大きく永続的な減少（実験４） −有痛性筋肉拘縮の緩和（実験５）全ての効果は、脊髄が可塑性の基層(plastic substratum)（６、７、８、１０、１５、２０、２８〜３５）であることを示すために他の著者が用いたのと同じ求心性経路(afferent pathway)、求心性線維を選択的に活性化させる（１６、２１、２２、２４）ことによって得られた。誘発の迅速性 (３０〜６０分)、効果の経時変化、および訓練した筋肉領域の寸法の制御によって、かかる変化が筋肉質量の変化によって生じ得る可能性をなくすことができる。運動出力の増大は、誘発、維持、および消滅という３フェーズを示した。運動出力の増強は、適当な技法によって急速に消滅した (実験１)。更に、増大効果( potentiating effect)は、改善処置の終了後にも、ＭＶＣ力を増大する結果となった。この最後のデータは図５Ａに示されており、運動出力の漸増が、実地改善処置の適用後１６日まで継続した。このように長く継続する増大は、他の検査対象の被験者全員において観察され、彼ら自身によって主観的な感情であると告げられた。実際には、通常の運動は、同時に、同じアルファ運動ニューロンへの下行コマンドおよび求心性流入(la afferent inflow)（ガンマおよびベータ共活性化(coactivation)（１６）によって生成される）を伴うので、同じ実地改善処置は、例え低レベルであっても、通常の生活において連続的な適用を示唆することができる。かかる状況は、実地改善処置の効果（５，２３）の通常の経時変化を中和し(counteract)、永続フェーズの期間を延長させることができる。誘発された運動出力の減少は、更に迅速な誘発フェーズ、それに続く維持および消滅フェーズによって特徴付けられる。この技法によって活性化される基本的機構を推測する目的で、いくつかの考察をすることができる。運動出力の増大を得るために採用された実験手順に関して、実地改善処置のある形式（５）を考慮することができる。ＣＳおよび求心性経路（線維(la fibres )）は、他の著者によって猿に採用されたものと同様であったので (６、７、１５、２８〜３５)、関与した機構は同一であり得ると示唆することは正しいと思われる。結果的に、改善処置によって影響を受ける神経回路は、脊髄に限定され、これらは、アルファ運動ニューロン、そしておそらくは、アルファ運動ニューロンに衝突する介在ニューロンによって構成されていると考えられる(６、７、１５、２８〜３５)。更に、得られた効果は、多くの特徴を示し、これらは長期永続性（ＬＴＰ）において共通に観察されている。ＬＴＰはシナプスの伝達の強化を持続する公知の形態である (２７)。ＬＴＰにおけるように (２６)、本研究において、誘発された運動出力の増大によって示される経時変化は、獲得、維持、および消滅３つのフェーズによって構成されていることが観察された。ＬＴＰ誘発(２６)において観察されるように、増大効果は、最初の改善処置の終了後数分後に現れる。最後に、ＬＴＰ（１３）と同様に、増大効果は、同じ刺激を１週間に４〜６分印加するという形態によって、消滅させることができる。この同じ特徴によって、得られた運動出力の増大が、反復刺激後増大(post-tetanic potentiati on)(５) によるものである可能性を破棄することができる。ＬＴＰ特性と同様、他の２つの特異性も、我々の結果において、明らかに個別化された。増大効果は、同時に２つの刺激がある（関連性）場合にのみ、得ることができる(１３)。増大効果は、一方の入力のみを中央神経回路網に与えた場合は、現れない（協同性）(１７)。これら全ての類似点は、我々が導き出した現象が、特性的にＬＴＰに属する多くの特徴を有するという可能性を示唆するものである。いずれにせよ、現時点では、この実地改善処置の形態が真のＬＴＰを生ずることを実証するのに必要な細胞内データを有していない。我々が提示した実験の最後の群（実験３および４）は、被験者に、低周波数の弱い刺激を１〜５分間印加することによって、運動出力を減少させる可能性を示した。左の第２指の屈筋について報告された結果（実験３）は、大きさとしては印象的でなく、筋肉拘縮に悩む患者において容易に得られる主観的効果（実験４）と対照的である。しかしながら、運動出力減少の測定は、実地改善処置の前後に、ＭＶＣによって発達した筋力を評価することによって行われた。この手順は、目的の客観的な評価を行うことが可能であっても、これまでに示し論じてきた実験手順（９０〜１００Ｈｚの振動刺激の印加）の逆の印加を、１日に多数回行うことになる。実際に、各評価の間、強いシナプス活動(la synaptic activity) （１６）および最大の下行コマンドが、アルファ運動ニューロン内で協同し、更にそれらの介在ニューロン上で協同するする可能性がある。結果的に、得られる運動出力の減少は、それらの振幅および経時変化では、大きく過小評価されることが推論し得る。右の第２指（実験３において訓練されていない。図４Ａ参照）において得られる結果は、この仮説を支持するものである。この新たな治療を適用された患者は、かれらの有痛の身体的な制限状態の明らかな改善が、長い期間にわたって得られた。また、これらの場合には、基礎の機構に関する仮説も推論できる場合もある。しかしながら、運動出力の減少を得るために適用された実験手順は、猿に適用されたものとは異なる (６、７、１５、２８〜３５)。これらの著者によって選択された実験条件では、下行コマンドのレベル（即ち、筋肉収縮の大きさ）は、最も重要な変数であると思われる。我々の状況では、周辺刺激特性が決定的なパラメータである。結果的に、我々は、２つの実験手順間の厳密な関連性を断言することができない。しかしながら、我々のデータに基づいて、報告された結果についてある種の解釈を示唆することは可能である。筋肉収縮が２〜４年前以前に始まった３１の症例の場合、１〜３回の印加のみによって、完全で永続的な緩和が得られた。運動出力の減少は、実験２において報告されたものと同様の現象による可能性があると示唆することが可能である。この実験では、補強のための刺激（低周波数振動）を弱くかつ短く印加することによって、以前に適用した実地改善処置によって得られた増大効果の突然の消滅を誘発することができる。１〜３回の印加によってすぐに弛緩する結果となった有痛筋肉拘縮は、偏心収縮(eccesntirc contractions)（即ち、突然の強い伸長が加えられた筋肉拘縮。車の粉砕(car crushing)、スポーツ活動等でしばしば発生するものと同様）として一般的に示される行動状況が元で発生し得ることを示唆することができる。これらの条件は、我々の実験（実験１および２）において採用されたものと同様である。偏心収縮は、異常体位の状態においても容易に生ずる可能性があることは興味深く、その場合、生理学的運動計画(physi ological motor strategies)が変化する。結果的に、活動状態によって生じる効果は、我々の実地改善処置によって生ずる効果と極めて類似しており、実験１において報告されたように、低い強度の同一補強用刺激の１回または数回の印加のみで、容易に消滅させることができる。逆に、更に多くの印加が要求される症例（特に、長期間続く筋肉拘縮。被験者によっては１０〜２０年以上）は、運動出力の増大を決定するために用いられた実験手順と同様のものによって、運動出力の真の低下を誘発する症例のように、容易に見ることができる。効果の潜伏期および経時変化のため、得られる低下は、最近識別された長期間低下（ＬＴＤ）である、別の形態のシナプス可塑性を伴う、ある共通の特徴を有すると推論でき（１，２７）、ＬＴＤは、長時間続くシナプスの低下(synaptic depression )によって特徴付けられる、可塑性の一形態である。ＬＴＤは、ＬＴＰの逆形態と見做される（１）。この研究において提案された技法が、アルファ運動ニューロンおよび／またはそれに衝突する介在ニューロンの興奮性を変化させる可能性は、Wo1pawの群（６、７、１５）によって示され、本論文に報告された結果およびＬＴＰおよびＬＴＤ効果の間の類似性によって示唆されるように、得られた運動出力の増大および減少を説明することができる。実際、最終的な運動コマンドを決定する神経細胞の興奮性の可塑的変化(plastic changes)は、新しい運動単位および運動ニューロンの発射の補充を変化させる可能性がある。これら２つの変数は、筋力出力を規制する２つの要因として、一般的に示されている（４）。重要な骨格筋の疲労に対する抵抗力の増大は、アルファ運動ニュ-ロンへのシナプス入力(la synaptic input)の強力な増大に帰することができる。何故なら、筋肉疲労におけるγ−１ａ回路の決定的な役割が、最近証明されたからである。この研究によって強調される最も重要なデータは、脊髄に属する人の神経回路は、迅速な非侵入的技法によって、大きくかつ永続的に変更可能であるということである。これらの技法は、作用を必要とする神経細胞によって制御される筋肉線維の随意収縮を要求するので、ここに提示した実験手順は、大きな筋肉領域だけでなく、単一の運動単位のみにも適用することができる。脊髄の可塑性およびそれに作用可能な比較的単純な方法は、多くの新しい分野、および治療の可能性および運動医学に対して本当に新しい展望を開示するものである。本発明の説明は、その好適な実施形態にしたがって、限定ではなく例示の目的のために行ったが、同封の請求の範囲に定義されている、適切な範囲から逸脱することなく、当業者によって修正および／または変更を取り入れることも可能であることは理解されよう。

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Claims

【特許請求の範囲】１．神経回路網の興奮性を変更する方法であって、振動誘発筋肉伸縮シーケンスを印加し、周波数を１ないし３００Ｈｚの範囲とし、ピーク−ピーク運動振幅を１μおよび当該筋肉の最大生理学的長さの範囲内に含ませ、印加時間を１ないし６０分の間とすることを特徴とする方法。２．毎日１回以上印加を行うことによって、維持セッションの頻度を徐々に少なくすることを特徴とする請求項１記載の方法。３．４０ないし３００Ｈｚの間の振動を印加し、力および筋緊張の増大を得ることを特徴とする請求項１または２記載の方法。４．８０ないし１２０Ｈｚの間の振動を印加することを特徴とする請求項３記載の方法。５．９０Ｈｚの振動を印加することを特徴とする請求項３記載の方法。６．１ないし４０Ｈｚの振動を印加し、良好な筋肉弛緩を得ることを特徴とする請求項１または２記載の方法。７．１０ないし３０Ｈｚの間の振動を印加することを特徴とする請求項６記載の方法。８．１５Ｈｚの振動を印加することを特徴とする請求項６記載の方法。９．前記ピーク−ピーク運動振幅を、１μおよび０．３ｘＬ₀の間に含ませることを特徴とする、前出の請求項のいずれか１項記載の方法（ここで、Ｌ₀は、対象の筋肉線維の最大長および最小長間の平均値を表す)。１０．前記ピーク−ピーク運動振幅を、０．１ないし２ｍｍの間に含ませることを特徴とする請求項９記載の方法。１１．前記ピーク−ピーク運動振幅を、０．１ないし１ｍｍの間に含ませることを特徴とする請求項９記載の方法。１２．前記振動は、時間の進行に対して正弦波状、方形波、鋸波、三角波等を有するパルス力を用いて印加することを特徴とする前出の請求項のいずれか１項記載の方法。１３．前記パルス力は正弦波形状(sinusoidal run)を有することを特徴とする請求項１２記載の方法。１４．神経回路網の興奮性を変更可能にする装置であって、フィーダと、増幅器と、機械的変換器と、１ないし３００Ｈｚの範囲内の周波数、および１μおよび当該筋肉の最大生理学的振幅の間の範囲内に含まれる振幅を有する筋肉伸縮シーケンスを与えることができる振動発生手段と、該振動発生手段と特定の身体部分との接続のための１つの印加素子と、いずれかの身体部分に対して、ｘ、ｙおよびｚ軸に対していずれかの方向付けで、所定の体積内に、前記振動発生手段を前記印加素子と結合する手段とから成ることを特徴とする装置。１５．前記周波数は１ないし４０Ｈｚの間で変動することを特徴とする請求項１４記載の装置。１６．前記周波数は１０ないし３０Ｈｚの間で変動することを特徴とする請求項１５記載の装置。１７．前記周波数は１５Ｈｚであることを特徴とする請求項１５記載の装置。１８．前記周波数は４０ないし３００Ｈｚの間で変動することを特徴とする請求項１４記載の装置。１９．前記周波数は８０ないし1２０Ｈｚの間で変動することを特徴とする請求項１８記載の装置。２０．前記周波数は９０Ｈｚであることを特徴とする請求項１８記載の装置。２１．少なくとも１つのロード・セルを備えることを特徴とする、前出の請求項１４〜２０のいずれか１項記載の装置。２２．ピーク−ピーク運動振幅が１μおよび０．３ｘＬ₀の間（Ｌ₀は、対象の筋肉線維の最大長および最小長間の平均値を表す）として、シーケンスを印加することを特徴とする前出の請求項１４〜２１のいずれか１項記載の装置。２３．好ましくは、ピーク−ピーク運動振幅が０．１ないし２ｍｍのシーケンスを印加することを特徴とする請求項２２記載の装置。２４．好ましくは、ピーク−ピーク運動振幅が０．１ないし１ｍｍのシーケンスを印加することを特徴とする請求項２２記載の装置。２５．波形発生器を備えることを特徴とする前出の請求項１４〜２４のいずれか１項記載の装置。２６．波形発生器は、正弦波、方形波、鋸歯波、三角波等を発生することを特徴とする請求項２５記載の装置。２７．正弦波を発生することを特徴とする請求項２６記載の装置。２８．前記装置は、印加した力の電圧、周波数および振幅のディスプレイ、およびタイマを備えることを特徴とする前出の請求項１４〜２７のいずれか１項記載の装置。２９．前記結合手段は、垂直スタンド、およびこれに結合されたブラケットから成ることを特徴とする前出の請求項１４〜２８のいずれか１項記載の装置。３０．前記印加素子は、前記振動発生器に固定的または着脱自在に結合可能であることを特徴とする前出の請求項１４〜２９のいずれか１項記載の装置。３１．前記筋肉微小伸縮は、前記筋肉線維に対して垂直な成分を含むパルス力を印加することによって、または前記筋肉線維に対して並行な成分を有するパルス力の押し込みおよび引っ張りを印加することによって得られることを特徴とする前出の請求項１４〜３０のいずれか１項記載の装置。３２．実質的に図示し、記載した通りの、前出の請求項１〜１３のいずれか１項記載の、神経回路網の興奮性を変更する方法。３３．実質的に図示し、記載した通りの、前出の請求項１４〜３１のいずれか１項記載の神経回路網の興奮性を変更可能とする装置。