図1　本研究成果の概要。人の運動のばらつきは、従来説である筋活動強度の乱れよりも、筋活動タイミングの乱れと密接に関連することを発見

1．背景
 　NTTコミュニケーション科学基礎研究所では、人間の知覚・感性・身体運動を本質的に理解し、それら基礎知見に基づく新たな身体コミュニケーションの理解や支援技術の提案をめざしています。中でも、人の運動スキルに関わる脳情報処理の解明は、スキルの定量化や向上に直結する重要なテーマと位置付けています。ゴルフやダーツを例にとると、本人は同じ動作を繰り返しているつもりでも、毎回わずかな「動きのばらつき」が生じます。このばらつきは、思い通りに体を動かせない要因となり、運動パフォーマンスにも深く関わります。ばらつきが生じる仕組みの解明は、脳の運動制御研究においても、長年重要な課題とされてきました。この仕組みを本質的に理解するには、脳がどのように筋へ指令を送り身体を制御しているのかを明らかにする必要があり、脳活動計測のみならず、計算理論の構築、行動実験など、多角的なアプローチが求められます。
　従来の研究では、動きのばらつきは主に筋活動強度の乱れ、すなわち脳から筋へ送られる指令の「強さ」の変動によって引き起こされると考えられてきました。例えば、的に向けてダーツを投げる際には、腕の加減速を適切に制御するため、脳は肘の主動筋と拮抗筋※１を切り替えて活動させる必要があります（図1左）。従来説によれば、この二つの筋の出力、すなわち収縮強度が毎回わずかに乱れることで、手先の位置やダーツの軌道がばらつくと説明されてきました（図1中）。しかし近年、筋活動強度の乱れ※2から予測される動きのばらつき量※2や方向が、実際の実験結果と一致しないなど、仮説に反する事例が報告されてきました※3。このため、動きがばらつく主因は未だ十分に解明されていませんでした。
　そこで本研究では、従来見過ごされてきた、脳から筋へ送られる指令の「タイミング」に着目し、主動筋と拮抗筋の活動タイミングの乱れこそが、動きのばらつきを決定づける主因であることを、世界で初めて明らかにしました（図1右）。

2．研究の成果
　筋指令タイミングについて、先ほどのダーツの例で考えると、腕を加速させる主動筋と、動きを減速させる拮抗筋の活動タイミングが重要になります。これらのタイミングが乱れると、ダーツの動きも安定せず、上下方向にばらついてしまいます。この考えに従えば、動作に関与する筋の数が増える複雑な動きほど、それぞれの筋活動タイミングの精度がより重要となり、わずかなタイミングずれが大きな運動ばらつきにつながるはずです。本研究では、筋同士で異なる種類の協調が必要な複数種類の腕運動 ―到達運動・周期運動・円運動― を実験課題として設定し、動きのばらつきと筋活動の関係を、同時計測データに基づいて詳細に解析しました。その結果、いずれの運動課題においても、動きのばらつきと密接に関連しているのは、筋活動強度の乱れではなく、筋活動タイミングの乱れであることが明らかになりました。

① 到達運動の位置のばらつき
　実験参加者15名には、運動計測用のロボットハンドルを握り、肘を曲げることで手先をスタート位置から目標位置まで動かす到達運動を、50回繰り返してもらいました（図2左）。参加者は同じ動きを毎回繰り返しているつもりでも、到達運動は試行ごとに明確なばらつき（到達位置のばらつき）が観察されました(図2中央上)。肘の動きに関わる主動筋と拮抗筋の活動を、皮膚表面に貼りつけた電極で計測したところ、手先を加速させる主動筋と、減速させる拮抗筋が、交互に活動することが見られました（図2中央下）。これらの筋活動は、試行ごとに活動強度が乱れることに加えて、活動タイミング（ピークに達するまでの時間）にも乱れが生じていました。到達運動のばらつきと筋活動の関係を解析した結果、手先位置のばらつきは、筋活動強度の乱れとは関連せず、一方で筋活動タイミングの乱れとは有意に関連していることが明らかになりました（図2右）。以上の結果から、到達運動における動きのばらつきは、主に筋活動タイミングの乱れで説明できることが示唆されました。