Exercsei adaptation and learning mechanism of respiratory and circulatory control system and development of a time-series prediction model for system change

本研究の目的は、システム定量解析法を用いて呼吸循環調節系の運動適応・学習機構を解明し、生体システム変容の時系列予測モデルを開発することである。以下の研究①②③の課題解決を通じて、従来の研究手法では困難だった制御系内の運動適応能や恒常性維持の生理学的機構の時間的理解が向上し、幅広い年齢層や多様な人々のQuality of Life（QOL）の向上、将来的な疾病予防法や健康寿命の延伸プランニングなど、身体運動適応性の原理に基づく安全かつ効果的な運動プログラムの開発に寄与することが期待される。初年度から2年間の研究計画では、運動開始前の高位中枢からの神経性ドライブ（フィードフォワード制御）による予測的心拍、血圧、換気亢進反応に焦点を当て、その学習機構の解明に取り組む予定である。初年度は、ノーマル条件下で7回の高強度運動を実施し、被検者の脳循環、呼吸代謝、筋活動に関する時系列データを取得した。また、計７回のすべての試行時において最大運動パフォーマンスを測定し、予測制御による呼吸循環反応の変化が何回目の試行でどの程度発現し、その結果最大運動パフォーマンスがどの程度変化するかを比較検討した。高強度運動を3日間で計7回のトライアルを繰り返すことで、初期のピークワット値は被験者間でばらつきがあるものの、9～14%増加することが判明した。さらに、試行回数が増えるほど、実験中に計測される心拍数のベースライン値が測定開始初日の基準値よりも高くなり、各日程で試行を繰り返すことでさらなる心拍数のベースライン値の上昇と最高到達心拍数の上昇が認められた。本実験プロトコールを用いて、次年度も引き続き高位中枢による予測・見込み制御の学習機構の解明に取り組む。

本研究の目的は、システム定量解析法を用いて呼吸循環調節系の運動適応・学習機構を解明し、生体システム変容の時系列予測モデルを開発することである。以下の研究①②③の課題解決を通じて、従来の研究手法では困難だった制御系内の運動適応能や恒常性維持の生理学的機構の時間的理解が向上し、幅広い年齢層や多様な人々のQuality of Life（QOL）の向上、将来的な疾病予防法や健康寿命の延伸プランニングなど、身体運動適応性の原理に基づく安全かつ効果的な運動プログラムの開発に寄与することが期待される。初年度から2年間の研究計画では、運動開始前の高位中枢からの神経性ドライブ（フィードフォワード制御）による予測的心拍、血圧、換気亢進反応に焦点を当て、その学習機構の解明に取り組む予定である。初年度は、ノーマル条件下で7回の高強度運動を実施し、被検者の脳循環、呼吸代謝、筋活動に関する時系列データを取得した。また、計７回のすべての試行時において最大運動パフォーマンスを測定し、予測制御による呼吸循環反応の変化が何回目の試行でどの程度発現し、その結果最大運動パフォーマンスがどの程度変化するかを比較検討した。高強度運動を3日間で計7回のトライアルを繰り返すことで、初期のピークワット値は被験者間でばらつきがあるものの、9～14%増加することが判明した。さらに、試行回数が増えるほど、実験中に計測される心拍数のベースライン値が測定開始初日の基準値よりも高くなり、各日程で試行を繰り返すことでさらなる心拍数のベースライン値の上昇と最高到達心拍数の上昇が認められた。本実験プロトコールを用いて、次年度も引き続き高位中枢による予測・見込み制御の学習機構の解明に取り組む。