繰り返し運動の上達には、“時々”目を使うのがコツ！

一般に、バスケットのドリブルのような繰り返し動作を伴う周期運動を学習して上達していくには、実際の運動と目標とする運動との違いを常にしっかりと見定めることが重要であると直感的には感じます。

ドリブルのほかにも、歩行、楽器演奏、タイピングなど、繰り返し動作を伴ういわゆる「周期運動」は、我々の日常生活や文化的活動にとって重要な運動形態の一つです。しかしながら、これまで運動学習に関する脳内メカニズムの研究は、主に一回きりの運動（物を投げたり、何かに手を伸ばしたりといった「離散運動」）を対象に行われており、日常運動の大きな部分を占める「周期運動」の学習メカニズムについては、よく分かっていませんでした。

そこで今回、我々は、「周期運動」を学習する場合に、脳が視覚的な誤差情報（実際の運動と目標の運動との“ ずれ ”）をどのように処理し、運動を修正・学習しているのかを、“ システム同定 ” というデータ解析手法を用いて調べることにしました。

実験の結果、実際の運動と目標の運動との間のずれの情報（運動誤差情報）が、視覚を介して脳に入ると、脳はこの運動誤差情報に基づいて、次の運動を行うときには誤差が減るように運動指令を修正していました。ところが、この運動誤差情報は、次のサイクルだけでなく、更にその次のサイクル及びそれ以降（以下2 サイクル後以降と表記）の運動指令の修正にも影響を与えており、しかもその影響は、学習を促進するどころか、かえって阻害するように働いていることが明らかになりました。

運動誤差情報が2 サイクル後以降の運動指令の修正に阻害的な影響を及ぼすのであれば、運動の視覚的情報を数サイクルに1 サイクルだけ間欠的に与えることで、運動学習の到達度は向上するはずです。様々な視覚情報提示条件におい て、周期運動の学習成績を調べたところ（図2）、我々の予測どおり、運動の視覚的情報を4 サイクルに1 サイクル、あるいは5 サイクルに1 サイクルだけ与える方が、毎サイクル与えるよりも、運動課題に対する学習成績が向上することを見出しました。

本研究によって、周期運動の学習においては、運動の誤差情報が学習を促進するだけでなく、阻害するものにもなり得ることを、今回初めて示すことができました。過度な運動情報のフィードバックは、かえって学習を阻害するという結果は、スポーツの練習法やリハビリテーション手法に対して実践的な示唆を与えるものです。

【実験１】
被験者に、マニピュランダム のハンドルを動かして、画面上のカーソルが2 つのターゲットの間を周期的に往復するよう運動を行ってもらいました（図1）。このとき、画面上のカーソルの動きと実際のハンドルの動きが、常に食い違うように人為的な誤差を作り出し、この誤差がその後のサイクルでどのように修正されるかを調べました。

【結果１】
視覚的な誤差情報に基づいて運動指令が修正されるプロセスを数学的にモデル化し、実際のデータに適合させてみたところ、あるサイクルで生じた運動誤差の情報は、その次のサイクルではその誤差を打ち消すよう運動指令を修正していることが分かりました。この結果は、運動誤差情報が運動学習を適切な方向に導く、という従来の知見と合致するものです。ところが、驚いたことに、実験1 の結果から、運動誤差情報が次のサイクルだけでなく、2 サイクル後以降の運動指令の修正にも影響を与えており、しかもその影響は学習を促進するどころか、かえって阻害するように働いていることが明らかになりました。

【実験２】
運動誤差情報が2 サイクル後以降の運動指令の修正に阻害するという結果が事実であれば、運動の視覚的情報を常に被験者に与え続けるよりも、数サイクルに1 サイクルだけ間欠的に与えた方が運動学習の促進が観察されるはずです。なぜなら、運動誤差情報の2 サイクル後以降の運動学習系への害悪的な影響を遮断することができるからです。

このことを確かめるために、次に、実験1 と同じ実験システムを用いて、ハンドルとカーソルの動きが30 度ずれる状況に被験者がどのように適応していくかを調べました。

【結果２】
運動サイクルが増すにつれて目標からの誤差が小さくなっている、つまり、学習が進んでいることが分かります。この中で、学習の到達度（上手さ）は、視覚情報の提示の頻度によって異なっており、この実験2 のタスクにおいては、4 サイクルに1 回程度のフィードバックが学習の到達度を向上させていることが見て取れます（図2）。
この結果から、予想どおり、運動の視覚的情報を4 サイクルに1 サイクル、あるいは5 サイクルに1 サイクルだけを与える方が、毎サイクル与えるよりも運動課題の学習成績が向上する、ということを発見しました。