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ここにあるのは、だれかが実際に調べ、考え、作ってきたことを集めたメモです。気になったら、ページの下の「参考にした情報源」から、もとの本や記事、それを生み出した人たちに、直接ふれてみてください。このメモには書ききれないおもしろさが、そこにあります。

足の うらに、かんじない くらいの ふるえを くわえると、立った ときの ゆれは どうなるの?

感じないほど弱い振動で、立っているときの揺れはどう変わった?

足底に感覚のしきい値より弱い振動を与えると、立位の揺れはどうなるか ── 振動インソールの実験と、その限界

分野:からだ

じっと 立って いる ときも、人の 体は、ほんの すこしずつ ゆれて います。その ゆれを 小さく する ために、足の うらに 「かんじない くらいの ふるえ」を くわえた じっけんが ありました。

かんじない ふるえが、どうして 立つのを たすけるのでしょうか。じっけんでは、ゆれが 小さく なったと ほうこくされて います。この 記事では、そのわけの せつめいと、まだ はっきり しない ところが わかります。

じっと立っているだけでも、人の体はごく小さく揺れ続けています。その揺れを減らすために、足の裏へ「本人が感じないほど弱い振動」を加えた実験がありました。若い人では8つの指標のうち7つ、高齢の人では全部の指標で、揺れが小さくなったと報告されています。

感じない刺激が、なぜ体の安定に関わるのでしょうか。足の裏が果たしているセンサーの役目と、「ノイズが信号を助ける」という説明、そして研究結果がまだ一つにまとまっていないところが分かります。

被験者が感じないほど弱いランダムな振動を足底に与えると、閉眼立位の動揺が減ったと報告されている[2]。報道では、減少は測定指標により5〜20%の幅とされた[3]。

感じない刺激がなぜ効くのか。足底の機械受容器の性質、確率共鳴という説明、そして系統的レビューで効果が一貫しないとされた点を、条件つきの数字として読む。これらが分かる。

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1. じっと 立って いても、体は ゆれて いるの?

1. 立っているだけなのに、体は揺れている

1. 静かに立つだけでも続く動揺と、足底の役割

目を つぶって 立って みると、体が ふらふら する ように かんじる ことが あります。人の 体は、立って いる あいだ ずっと、ほんの すこしずつ ゆれて いると かんがえられて います。

その ゆれの はじまりを しらせる 見はり役が、足の うらです。足の うらは、ゆかに ふれて いる ただ ひとつの ところ だからです。

足の うらを つめたい 水で ひやして、かんじにくく した しらべが あります。大人の 立った ときの ゆれが 大きく なったと いう ほうこくが あります[6]。足の うらの かんじが にぶると、立つのが むずかしく なる のかも しれません。

では、足の うらには、どんな 見はり役が いるのでしょうか。

目を閉じて立つと、体がふらつくような感じがすることがあります。立っている間、体は倒れそうになっては戻る小さな揺れを繰り返しており、そのたびに足の裏は、床との接点として情報を脳へ送っていると考えられます。

足の裏の感覚の役目を調べた研究の一つに、足の裏を氷水で冷やして感覚を下げたものがあります。健康な成人で、立ったときの重心の動揺が大きくなったという報告があります。一方で、歩いているときの床反力には大きな変化がなかったとされます[6]。

足の裏の感覚は、歩くときより、静かに立つときのほうに強く関わっているのかもしれません。では、その感覚を担う受容器は、足の裏にどれくらいあるのでしょうか。

静止立位でも、重心は小さく動き続ける。この動揺を抑える感覚入力の一つが足底からの情報で、実際に足底を氷水で冷却して感覚を下げると、健常成人で立位の重心動揺が増加したと報告されている。一方、歩行中の床反力には大きな変化がなかった[6]。

この結果は、足底感覚が歩行より静止立位の制御で相対的に効いている可能性を示すが、冷却は感覚を完全に遮断する操作ではなく、小規模な一報告にとどまる。足底の感覚が姿勢制御にどう関わるかを、受容器の側から見るのが次の問いになる。

2. 足の うらには、いくつ 見はり役が いるの?

2. 足の裏の受容器は、手とは性質がちがう

2. 足底の機械受容器 ── 104個の意味と、手との違い

足の うらの ひふの 中には、おされたり ふれられたり するのを かんじる しかけ(じゅようき)が あります。

13人の 足から、細い はりで しらせを よみとる しらべが ありました。足の うらだけで、104この しかけが 見つかりました[1]。ただし 104こは、よみとれた 数です。足の うらに ある ぜんぶの 数では ありません。

しかけは、足の うらの ひろい はんいに ちらばって いました。手の ものとは せいしつも ちがって いて、立つ ときに やくだつ かもしれないと、しらべた 人たちは かんがえて います[1]。

手は、ものを つまんだり、さわって たしかめたり します。足の うらは、立つ ための 見はり役なのかも しれません。

1990年代から2000年代にかけて、ヒトの神経に細い電極を刺して、皮膚の受容器の反応を直接とらえる実験が行われました。2002年にKennedyとInglisは、健康な成人13人の脛骨神経から記録し、足底の無毛皮膚で104個の機械受容器を見つけました[1]。

この104個は「記録できた数」で、足の裏の受容器の総数ではありません。注目されたのは、受容器が足の裏の広い範囲に分布し、手の受容器とは性質が異なっていた点です。著者らは、足の裏の受容器が立っているときのバランス制御に関わる可能性を述べています[1]。

手が「つまむ・なでる」ために細かく感じ分ける感覚器だとすれば、足の裏は「立つ」ための情報を集める面だと読めます。そうなると、足の裏の感覚を少し手助けしたとき、体は変わるのかという問いが生まれます。

Kennedy & Inglis(2002)は、健常成人13人の脛骨神経にマイクロニューログラフィーの電極を入れ、足底の無毛皮膚から104個の機械受容器の活動を記録した[1]。ここで104個は「記録できた受容器の数」であり、足底の総数ではない。

報告の要点は、受容器が足底の広い範囲に分布し、手の受容器とは応答の性質が異なる点である。著者らは、これが立位でのバランス制御に関わる可能性を述べている[1]。手のように「個々の物の形を細かく識別する」配置ではなく、荷重や接触の変化を広い面で拾う配置であることが、立位制御との関連を考える根拠になっている。ただし受容器の分布から機能を直接決めることはできず、「可能性」という言い方にとどまる点に注意が要る。

ここから、足底の入力が弱まると動揺が増える(前章)のなら、弱い入力を何らかの方法で補えば動揺は減るのか、という実験的な問いが立つ。

3. かんじない ふるえを くわえると、どうなったの?

3. 振動インソールの実験 ── 感じない刺激で揺れが減った

3. 振動インソールの実験 ── 閾値下ノイズと動揺の減少

2003年の じっけんでは、くつの 中に しく ジェルの インソールに、ふるえる しかけを つけました。ふるえの 大きさは、その人が かんじる ぎりぎりの すこし 下です。ですから、本人は ふるえを かんじません[3]。

この インソールを つけて、目を とじて 立って もらいました。わかい 人も としを とった 人も、ゆれを あらわす 数の ほとんどが 小さく なりました。としを とった 人は、とくに 左右の ゆれの はばが 大きく へりました[2]。

ニュースでは、ゆれは はかり方に よって 5〜20% へったと つたえられて います[3]。

ただし、これは みじかい 時間、くつを はかずに じっと 立った ときの けっかです。ころびにくく なると わかった わけでは ありません[2]。

2003年、PriplataらはLancetに、振動インソールの実験を報告しました。ジェル製のインソールに小さな振動子をつけ、ランダムな振動を伝えます。振動の強さは、各人が「感じる限界」の少し下に合わせてあり、本人は振動を感じません[3]。

若い人と高齢の人が参加し、静かに立ってもらうと、振動があるときのほうが、揺れの指標は若年で8つのうち7つ、高齢では全部で小さくなりました。高齢の人は、左右方向の揺れの幅などで、若い人より大きく改善しました[2]。報道は、目を閉じて立ったときの揺れが測り方により5〜20%減ったと伝えています[3]。

ここで条件も確かめておきます。これは短時間、靴を脱いで静かに立った結果です。歩いたり、段差を越えたりするときの効果や、転倒が減るかどうかは、この実験からは分かりません[2]。

「感じない」刺激が、なぜ効くのでしょうか。

Priplataら(Lancet, 2003)は、ゲルインソール内に埋め込んだ振動子から、各被験者の感覚閾値の少し下に設定したランダムな振動(閾値下ノイズ)を加え、静止立位の動揺を測定した。若年・高齢の被験者で、振動により動揺指標は、若年で8項目中7項目、高齢では全項目で小さくなり、高齢者は左右方向の動揺幅などで若年者より有意に大きく改善した(p=0.008)[2]。

報道は、閉眼立位の動揺が測定法により5〜20%減少したと伝える[3]。参加者は若年15人、高齢12人の計27人だった[2]。なお5〜20%は報道の数字で、論文本体の値ではない点に注意する。

この結果の読み方には、条件の限定が重要になる。測定は短時間の静止立位で、靴なしの条件であり、日常動作や転倒発生率の低下を示す結果ではない[2]。では、感覚閾値より弱い刺激がなぜ効いたのか。その説明として挙げられるのが確率共鳴である。

4. かんじない ふるえが、どうして たすけに なるの?

4. 「ノイズが信号を助ける」という説明

4. 確率共鳴 ── しきい値とノイズの関係

この ふしぎな ことを、「かくりつきょうめい」と いう かんがえ方で せつめいする ことが あります。

ふちの ぎりぎりまで 水の 入った コップを おもいうかべて ください。ひとしずくでは、こぼれません。でも、コップを ほんの すこし ゆらして あげると、同じ ひとしずくで こぼれる ことが あります。かんじとる しかけにも、「ここから 上は かんじる」と いう 線が あります。小さすぎる しらせは、その 線に とどきません。

そこへ ちょうど よい ざわざわ(ふるえ)が くわわると、小さな しらせが 線を こえやすく なる、と せつめい されて います。ニュースでは、足の うらの センサーが、体の かたむき はじめを 見つけやすく なるからだと つたえられました[3]。

ただし、足の うらの しかけでも、コップと おなじ ことが おきて いるのかは、まだ はっきり しません。2002年に この 研究を 発表した 人たちが ヒトで 見つけたのも、「ゆれが 小さく なった」ことです[4]。

この現象は「確率共鳴」と呼ばれます。しきい値のある仕組みでは、弱すぎる信号は検出されません。そこに適度なランダムな揺らぎ(ノイズ)が加わると、信号がしきい値を超える回数が増え、検出されやすくなるという現象です。

水がふちぎりぎりまで入ったコップで考えてみます。しずくが一滴落ちただけでは、こぼれません。ところがコップを少し揺すっておくと、同じ一滴でこぼれることがあります。ただし、揺すりすぎれば、一滴と関係なくこぼれてしまいます。ノイズは「適度な大きさ」であることが大事だと説明されます。

ヒトの揺れでこれを最初に報告したのが、Priplataらの2002年の論文(Physical Review Letters)だとされています[4]。報道は、足の裏の圧力センサーが、体の傾きの始まりを見つけやすくなるためと説明しました[3]。

ただし、足の裏の中で実際に何が起きているかを、この説明だけで決められるわけではありません。確率共鳴の説明は、報道や書誌情報にもとづくもので、「と説明されている」という段階です。

確率共鳴とは、しきい値をもつ系で、単独ではしきい値に届かない弱い信号が、適度なランダムな揺らぎ(ノイズ)を加えることで検出されやすくなる現象を指す。ヒトの立位動揺が、足底への閾値下の刺激で減ることを最初に報告したのは、Priplataら(2002, Physical Review Letters 89:238101)とされる[4]。

報道では、足底の圧力センサーが体の傾きの始まりを検出しやすくなるためと説明された[3]。つまり、皮膚の受容器の応答を「感じる/感じない」の境界(しきい値)の前後で見ると、ノイズのおかげで境界を越える頻度が上がり、傾きの情報が脳に届きやすくなる、という筋道である。

この説明には限界がある。ここで確かめられているのは動揺の指標が小さくなったという観察であり、足底のどの受容器がどのように反応を変えたかは、この資料の範囲では示されていない。確率共鳴は説明として整合的だが、ヒトの足底で直接検証されたかどうかは、原論文を読んで確かめる必要がある。

5. だれにでも、ききめが あるの?

5. 研究は一つにまとまっていない

5. 系統的レビューが示す効果の不一致

じつは、ふるえる インソールの けっかは、しらべに よって ばらばらです。

2013年に、インソールの しらべを 12こ あつめて くらべた 研究が ありました。あわせて 392人です。そのうち、ふるえる インソールの しらべは 3こ。びょうきの 人で よく なったと する ものが ある 一方、はっきりした よさが 見られなかった ものも ありました[5]。

しらべた 人数が 少なく、しらべ方の しっかりさも 中くらいだと、この 研究は のべて います[5]。

ですから、「ふるえる インソールを はけば かならず ふらつかなく なる」とは いえません。まだ、しらべが つづいて いる ところです。

振動インソールの効果は、研究により一貫していません。2013年に、Christovãoらが、インソールがバランスに与える影響を調べた12件の対照試験(合計392人)を系統的レビューにまとめました[5]。

振動インソールの試験は3件で、糖尿病や脳卒中の患者で改善を報じたものがある一方、有意な改善がなかったものもありました。レビューは、被験者数が少なく、研究の質も中程度だとしています[5]。

最初の実験で改善が見えても、対象の人、振動の強さ、測り方が変わると、結果も変わりうるということです。足の裏の感覚を助けるという着想そのものが否定されたわけではなく、「どんな人に、どんな条件で効くのか」がまだ整理の途中にある、という読み方ができます。

Christovãoら(J Phys Ther Sci, 2013)の系統的レビューは、インソールが姿勢バランスに与える影響について12件の研究(計392人、PEDroスコア3〜8点/10点)を対象とし、振動インソールを用いた試験は3件だった。糖尿病や脳卒中の患者で改善を報じた研究がある一方、有意な改善がなかったものもあり、結果は一貫しないとされる[5]。

被験者数が少なく質も中程度という評価は、この3件から「効く」とも「効かない」とも言えないことを意味する。対象疾患、振動の強さ、立位課題、測定指標がばらばらなので、単純に足し合わせて結論を出すこともできない。

こう見ると、2003年の健康な若年・高齢者での実験と、患者での試験とは、そもそも同じ条件の問いに答えていない。確率共鳴が足底の入力に働く可能性と、振動インソールが誰のどんな課題に役立つかとは、別の問いとして切り分けて読むのがよい。

6. 足の うらの こえを きいて みよう

6. 足の裏の声を聞いてみる

6. 出口 ── 自分で試せる観察と、原典の読みどころ

へやの かべの そばで、ゆかの 上に はだしか くつしたで 立って みましょう。ころびそうに なったら かべに 手を つけるように します。かならず おうちの 人に 見て もらって ください。

まず、目を あけて 30びょう 立ちます。つぎに、目を とじて 30びょう 立ちます。足の うらの どこに 力が かかって いるか、きを つけて みてください。

目を とじると、足の うらの しらせに たよる ぶぶんが 大きく なります。ふらふらが ふえた 人も、へらなかった 人も、どちらも ふつうの ことです。

目を あけた ときと とじた ときで、足の うらの かんじは、どう ちがうでしょうか。

平らな床の、壁のそばで試せます。裸足か靴下で立ち、ふらついたらすぐ壁に手をつけるようにします。必ず家の人に見ていてもらってください。

まず、目を開けて30秒、次に目を閉じて30秒、立ってみます。体が揺れる感じや、足の裏のどこに力がかかっているかを、言葉にしてみます。目を閉じると足の裏の情報に頼る度合いが増えるので、揺れを感じやすくなる人が多いかもしれません。

次に、折りたたんだバスタオルの上で同じことをしてみると、足の裏の情報が変わったときの感じ方の違いが分かります。これは研究の再現ではなく、足の裏のセンサーの働きを体で想像するためのものです。

もっと知りたくなったら、本文で使った足底の受容器の研究(Kennedy & Inglis, 2002)と、振動インソールの実験(Priplata et al., 2003)の題名が、いちばん近い入口になります。

この記事で扱った3点を、読みなおしの手がかりとして整理する。(1)足底の感覚を下げると静止立位の動揺が増えた(長崎大の報告)。(2)足底の機械受容器は広範囲に分布し、手とは性質が異なる(Kennedy & Inglis, 2002, 13人・104個は記録できた数)。(3)閾値下の振動で動揺が減ったが、短時間・静止立位・靴なしの条件であり、後のレビューでは効果が一貫しない。

自分で試すなら、平らな床の壁際で、閉眼立位30秒と開眼立位30秒を比べる。足元を折りたたんだタオルに替えて同じことをしてみると、足底の情報の質が変わったときの感じ方の違いを、体で確かめられる。ふらついたらすぐ壁に手をつけ、必ず人に見てもらう。

原典に当たるなら、Kennedy & Inglis(J Physiol, 2002)の抄録と、Priplataら(Lancet, 2003)が入口になる。論文では、被験者数・振動の強さ・測定指標・閾値の決め方に注目すると、報道との違いが見える。

しらべた もとの じょうほう

参考にした情報源

参考にした情報源と、その使い方

足の裏の感覚と姿勢の研究について、公開されている論文の記録・報道・研究の抄録を使いました。数字は、条件(人数・時間・靴の有無)とあわせて読んでください。

  1. Kennedy PM, Inglis JT. Distribution and behaviour of glabrous cutaneous receptors in the human foot sole. J Physiol 538(3):995-1002, 2002. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11826182/ (足底の受容器の数・分布・手との違い)
  2. PEDro 記録: Priplata AA, et al. Vibrating insoles and balance control in elderly people. Lancet 2003. https://search.pedro.org.au/search-results/record-detail/18134 (振動インソール実験の結果)
  3. Science News「Balance benefits from noisy insoles」。https://www.sciencenews.org/article/balance-benefits-noisy-insoles (振動の強さの設定・5〜20%・報道の説明)
  4. Priplata A, et al. Noise-enhanced human balance control. Physical Review Letters 89:238101, 2002(書誌情報)。https://modeldb.science/citations/101290 (確率共鳴の最初の報告の書誌)
  5. Christovão TC, et al. Effect of Different Insoles on Postural Balance: A Systematic Review. J Phys Ther Sci 2013. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3820199 (振動インソール研究の食いちがい)
  6. 横山ら(長崎大学)1992「足底感覚と立位・歩行」。https://nagasaki-u.repo.nii.ac.jp/record/19204/files/iryou06_00_21_t.pdf (足底を冷やしたときの立位の揺れ)

なおした ところ

更新履歴

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