【2024年版】脳の運動前野がリハビリに果たす役割：運動機能と高次脳機能を強化する

本日は運動前野について解説したいと思います。この動画は「リハビリテーションのための臨床脳科学シリーズ」となります。

運動前野とは？

解剖学的構造と位置

前運動皮質（PMC）は、脳の前頭葉に位置し、一次運動野（M1）の直前に位置します。PMCは、背側運動前皮質（PMd）と腹側運動前皮質（PMv）の2つの部分に分けられ、それぞれが異なる運動機能に関与しています。

• 背側運動前皮質（PMd）：主に外部からの手がかりに基づいた運動計画に関与しており、視覚情報や外的刺激に応じた運動制御をサポートします。
• 腹側運動前皮質（PMv）：内部からの合図や感覚情報に基づいた運動制御に関与しており、特に感覚入力と運動出力の統合において重要な役割を果たします。
  

血液供給

PMCは主に中大脳動脈（MCA）の枝から血液供給を受けていますが、前大脳動脈（ACA）の寄与もあります。これにより、PMCは一次運動皮質や感覚皮質と共に、運動機能と感覚処理において重要な役割を果たしています。

接続性と機能

PMCは運動計画と実行における重要なモーター回路の一部です。具体的には、以下の構造と密接に関連しています。

• 一次運動皮質（M1）
• 脊髄
• 大脳基底核
• 小脳
  
  

さらに、PMCは大脳皮質-大脳基底核-視床-皮質ループの一部を形成し、複雑な運動計画や実行をサポートします。また、PMCは前頭前皮質、一次および二次体性感覚皮質、頭頂皮質からの入力を受け取り、これらの広範な接続によって他の脳領域との統合が行われます。

病態像

• 損傷による失行: 運動前野皮質（Premotor Cortex, PMC）への損傷は、失行という神経障害を引き起こす可能性があります。
• 失行症の症状: 失行症の患者は、意欲や身体能力があるにもかかわらず、運動課題の実行が困難になります。具体的には、運動計画や動作の順序付けに苦労し、特に複雑な運動や道具を用いた作業が難しくなります。
  
  

  関連論文

  Maurizio Corbettaらの2011年の論文「Neural Rehabilitation: Action and Manipulation」によると、脳の頭頂葉と前頭葉の間には2つの主要な情報伝達の流れ（ストリーム）があり、これらが異なる領域間の接続を形成しています。これらのストリームは運動の計画と制御において重要な役割を果たします。

  背側ストリーム (Dorsal Stream)
  頭頂葉（青）の上頭頂小葉（Superior Parietal Lobule, SPL）と前頭葉（赤）の背側運動前皮質（Dorsal Premotor Cortex, PMd）を接続する経路です。このストリームは、外部の視覚刺激や感覚情報に基づいて行動の計画を行う際に重要な役割を果たしています。視覚的な手がかりに従って手を伸ばすなどの行動計画に関与します。

  腹側ストリーム (Ventral Stream)
  頭頂葉の下頭頂小葉（Inferior Parietal Lobule, IPL）と前頭葉の腹側運動前皮質（Ventral Premotor Cortex, PMv）を結びつける経路です。このストリームは、物体の形状や特徴に基づいて運動を計画する際に重要であり、特に道具の使用や複雑な手の操作などに関連しています。

  

  運動前野の側面と内側の役割の違い
  前頭葉の運動前野の側面に位置するPMdやPMvなどの領域は、外部情報（視覚や聴覚の手がかりなど）に基づいて行動を計画する際に活発に活動します。これに対して、補足運動野（Supplementary Motor Area, SMA）のような内側の運動前野は、内的な動機や衝動に基づいて行動を計画する際に深く関与します。
  

MRIのポイント: 運動前野皮質（PMC）の位置特定

前頭葉の位置特定
運動前野皮質（PMC）は前頭葉に位置します。MRIやCTスキャンでPMCを確認する際には、まず脳の前部にある前頭葉を識別することが重要です。前頭葉の解剖学的ランドマークを把握することで、PMCの特定が容易になります。

一次運動野の前方に位置
一次運動野（Primary Motor Cortex）は、中心前回（Precentral Gyrus）に沿って位置する明確な領域で、運動機能を司る重要な部位です。PMCはこの中心前回の直前（前方）に位置しており、画像診断では中心前回を基準として、その前方にわずかに移動して位置を確認します。

中心溝を基準点に使用
中心溝（Central Sulcus）は、脳の前頭葉と頭頂葉を区別する顕著なランドマークです。PMCは中心溝の前（前方）に位置しているため、中心溝を基準にしてPMCの位置を見つけることが効果的です。中心溝は画像上でも明確に確認できるため、PMCの特定において重要な目印となります。

シルビウス裂の方向を確認
シルビウス裂（Sylvian Fissure、側溝とも）は、PMCの位置推定に役立つ重要なランドマークです。PMCはこの裂の上部に位置し、シルビウス裂の走行方向がPMCの位置を特定するための指標となります。

背側領域（PMd）と腹側領域（PMv）への分割
PMCは、背側運動前野（Dorsal Premotor Cortex, PMd）と腹側運動前野（Ventral Premotor Cortex, PMv）に分けられます。PMdは頭頂部に近く、PMvはシルビウス裂に接する位置にあります。これらの特徴を基に、MRI上で背側と腹側の領域を明確に識別することが求められます。

前頭眼野（Frontal Eye Field, FEF）との近接関係
PMCの近くには、視覚刺激に基づく眼球運動を調整する前頭眼野（FEF）があります。PMCの位置を確定する際には、FEFの位置も参考にすることで、より正確な位置決定が可能です。

補足運動野（SMA）と運動前野（PMC）の位置の違い

補足運動野（Supplementary Motor Area, SMA）
SMAは前頭葉の内側表面に位置しています。この領域は中心傍小葉（Paracentral Lobule）の直前にあり、帯状溝（Cingulate Sulcus）の上に位置します。SMAは脳の内側（内側面）に位置しているため、外側から脳を観察した場合には見えません。SMAは脳の上部（背側）と中央（内側）にあり、主に自己発動的な運動や運動の順序付けに関与しています。

運動前野（Premotor Cortex, PMC）
一方、PMCは前頭葉の側面に位置しています。この領域は一次運動野（Primary Motor Cortex）の前方にあり、通常、脳の外側面で中心前回（Precentral Gyrus）の直前に確認できます。脳を横から見ると、PMCは脳の外側に位置しているため、視認しやすい特徴を持っています。PMCは視覚や感覚の手がかりに基づく運動計画に関与しており、外部刺激に応答して行動を制御します。

観察ポイント

① 運動イメージ
運動イメージとは、実際の動作を行う前に頭の中でリハーサルやシミュレーションを行うことを指します。背側運動前野（PMd）は、運動の計画や思考を実際の身体的動作に変換する重要な役割を果たしています。
参考論文: Rizzolatti, G., & Luppino, G. (2001). The cortical motor system. Neuron, 31(6), 889-901.

• 動作の流れを説明できるか？ 動作前に一連の流れを説明できる場合は、運動イメージを行っている良い兆候です。例えば、「体を前に倒し、肘掛けに手をかけて体を起こし、歩き始める」という動作の流れを説明してもらいます。
• 動作のリハーサルをしているか？ 動作の前にメンタルリハーサルをしているかどうかを観察します。考え込むような動作は代償として行われる場合があるため、注意が必要です。
• フィードバックへの対応は？ 患者がフィードバックをどのように取り入れるかを観察し、その学習プロセスを評価します。例えば、歩行中にフォームを修正するなどがあります。
  

② 動作の順序と実行に関する評価
背側運動前野は補足運動領域などと連携し、複雑で協調した動作の計画と実行に関与します。
参考論文: Imaging the premotor areas. Current Opinion in Neurobiology, 11(6), 663-672.

• 作業手順のミスがないか？ 紅茶を淹れるなどの複雑な作業において、正しい順序で行えるかを観察します。順序を間違えたり手順を飛ばす場合は、運動計画に問題が生じている可能性があります。
• 動作の模倣は可能か？ 患者に特定のジェスチャーを模倣させることで、運動計画の問題を示唆するかどうかを評価します。例えば、「OK」のサインを作る動作などがあります。
  

③ 感覚運動学習
背側運動前野は感覚フィードバックを基に新たな運動タスクを実行する感覚運動学習に関与しています。
参考論文: Wise SP, Boussaoud D, Johnson PB, Caminiti R. (1997). Premotor and parietal cortex: corticocortical connectivity and combinatorial computations. Annu Rev Neurosci, 20:25-42.

• 日常動作での運動学習の観察 食事や着替えなどの日常活動で、患者が自立してできるようになっているかを時間の経過とともに評価します。
• 歩行能力の変化はあるか？ 歩行速度やバランスの改善が見られるかどうかを観察し、運動学習の進展を評価します。
• 麻痺側の使用頻度の変化は？ 麻痺側の手足を使う頻度が増加しているかどうかを観察し、回復の兆候を見つけます。
  

④ 行動の理解と腹側運動前野の役割
腹側運動前野（PMv）は「ミラーニューロン」システムに関連し、行動の理解や社会的認知に関与します。
参考論文: Wise SP, Boussaoud D, Johnson PB, Caminiti R. (1997). Premotor and parietal cortex: corticocortical connectivity and combinatorial computations. Annu Rev Neurosci, 20:25-42.

• 模倣学習の観察 簡単な動作の模倣が可能であるかを確認し、ミラーニューロンの機能を評価します。
• 意思の理解ができるか？ 看護師から渡されたコップの水を飲む行動などを観察し、行動理解の程度を確認します。
• 共感的反応の有無 セラピストの笑顔に対して患者も笑顔になるかを観察し、ミラーニューロンの正常な機能を確認します。
• 観察学習の評価 直接の介助がなくても、他者の動作を見て学習できるかを確認します。
  

⑤ 手と指の制御
腹側運動前野（PMv）は手や指の動き、特に物をつかむ動作の制御に関与し、感覚フィードバックを利用して動きを調整します。
参考論文:

1. Rizzolatti G, Luppino G. (2001). The cortical motor system. Neuron, 31(6), 889-901.
2. Graziano MS, Taylor CS, Moore T. (2002). Complex movements evoked by microstimulation of precentral cortex. Neuron, 34(5), 841-51.

• 物を把持できるか？ 物をしっかりと持てるか、把持力に問題がないかを観察します。
• 触覚は識別できるか？ 触覚の認識や指の位置感覚に問題がないかを評価します。
• 両手作業は可能か？ 両手を使った協調運動の遂行能力を評価します。
• ハンドジェスチャーの模倣ができるか？ 他者の手の動きを正確に模倣できるかを確認し、ミラーニューロン系の障害を示唆するかを評価します。
• 手書きや描画の能力は？ 微細な運動制御が必要な作業に障害がないかを確認します。
  

臨床アイデア

運動イメージ：
運動イメージトレーニングは、動作を実際に行う前に、その動作を脳内でシミュレーションするプロセスです。
運動計画の認知的要素を強化し、動作の正確性と効果を向上させるために重要です。

1. 運動イメージトレーニング
   具体的な動作をイメージさせることで、運動イメージを促進します。たとえば、「椅子から立ち上がる前に、アームレストを手のひらで感じ、腕と脚で同時に押し上げることをイメージしてください」と指示します。また、コップに手を伸ばす動作でも、冷たい表面を感じてしっかりつかむことをイメージさせることが有効です。
   

新人セラピストが陥りやすいミス: 運動イメージの重要性を軽視し、身体的側面のみを重視することがあります。患者に運動イメージを促すことが少なく、結果的に日常生活への応用が不足することがあります。

動作の順序と実行：
複雑な動作の計画と実行は、段階的な練習や模倣、外部からのキューイングを通じて強化されます。

1. 段階的なタスクの練習
   複雑な動作を単純なステップに分解し、それぞれを個別に練習します。例えば、料理の場合、最初に野菜を切る、次に調味料を計量する、最後に調理する、といった手順で進めます。各ステップをマスターしたら、これらを組み合わせて一連の動作を練習します。

2. 模倣とミラーリング
   セラピストが動作を実演し、患者に模倣させる方法です。リアルタイムで動作を観察しながら模倣することで、学習効果を高めます。

3. 外部からのキューイング
   視覚的（図解やカード）、言語的（口頭指示）、触覚的（軽くタップするなど）の合図を用いて、動作を誘導します。これにより、患者が次のステップに移りやすくなります。
   

新人セラピストが陥りやすいミス: 歩行や動作の訓練で、動作を段階的に教えずに全体を一度に行わせてしまうことがあります。特に複雑なタスクに対しては注意が必要です。

感覚運動学習：
感覚フィードバックに基づいて新たな運動タスクを学習する過程であり、患者が日常生活での活動に自信を持って取り組めるようにします。

1. 段階的難易度調整
   簡単な動作から始めて、徐々に複雑なタスクに進むように指導します。例えば、最初は簡単な物の拾い上げから始めて、最終的には食事の準備や着替えといった複雑な日常活動を目標とします。

2. 歩行の変化を観察する
   バランスや筋力に焦点を当てた訓練を実施し、結果的に患者が自立して日常生活を送れるように促します。例えば、片足でのバランス訓練や、物を踏み越える練習などが含まれます。
   

新人セラピストが陥りやすいミス: 単一の歩行状況（平坦な路面のみ）に固執し、現実の環境変化に対応した訓練を提供しないことがあります。様々な環境での歩行訓練が必要です。

行動の理解とミラーニューロンの活用：
行動の模倣や観察を通じて、患者の行動理解や意図を明確にすることができます。

1. 模倣学習
   セラピストが動作を実演し、患者にそれを模倣させます。動作をシンプルなステップに分解して行うことで、ミラーニューロンのシステムを活用します。

2. 模倣と観察学習
   患者の興味を引く活動を観察させ、動作の模倣を促します。例えば、料理が好きな患者に料理の動作を観察させ、模倣を通じて学習させます。

3. 意図の理解を促進する
   患者に行動の意図を言語化させ、それを実行することで、行動の背後にある意図を強化します。たとえば、「今からコップの水を取ります」といった言語化が効果的です。
   

新人セラピストが陥りやすいミス: 患者との共感的な反応を減らしすぎることがあります。感情的なつながりを保つこともリハビリの一環です。

手と指の制御：
手や指の動作制御は、物をつかむ、識別する、または模倣する際に重要な役割を果たします。

1. 握力コントロール
   治療用パテや握力練習器を使用して、手指の握力を向上させます。

2. 識別訓練
   さまざまな感触や形を扱うことで、触覚の識別能力を高め、脳の感覚信号解釈能力を向上させます。

3. ミラー療法や体操の模倣
   鏡を使用したミラー療法により、麻痺側手の運動機能を改善します。また、太極拳やダンスなどの模倣運動も推奨されます。
   

新人セラピストが陥りやすいミス: 筋緊張に対する対策が不足すること。また、外部キューに依存しすぎると、内部観察の重要性が見過ごされることがあります。

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