軽い運動は記憶に効くのか：10分のゆるい運動で海馬がすぐ働き出した実験

とても軽い強度の運動を10分しただけで、似ているものを見分ける記憶の力がすぐに高まり、記憶の中枢である海馬と、周りの脳とのつながりも強まっていました。2018年に『PNAS(米国科学アカデミー紀要)』に載った、筑波大学とカリフォルニア大学アーバイン校のチームの研究です。

ブレイン問答のショート動画では、この研究を40秒ほどで紹介しました。この記事では、動画に入りきらなかった実験の手順と数字、そして「軽く体を動かすと覚えやすくなる」という話をどこまで信じてよいのかを書きます。

動画：運動と脳の面白い話「10分のゆるい運動」

どんな実験だったか

研究したのは、筑波大学の諏訪部和也さん、征矢英昭さんたちと、カリフォルニア大学アーバイン校の Yassa さんたちのチームです。参加したのは健康な若い大人36人で、実験は2つに分かれていました。実験1は20人(平均20.6歳、うち女性8人)、実験2は別の16人(平均21.1歳、うち女性12人)です。

どちらの実験でも、同じ人が「運動する日」と「運動しない日」の両方を経験しました。2つの日は48時間以上あけ、どちらを先にするかはランダムに決めています。実験の前24時間は、運動、お酒、カフェインを控えてもらいました。

運動する日は、背もたれのある自転車こぎの機械(リカンベント・エルゴメーター)を10分こぎます。強さは、その人の最大酸素摂取量の30%に合わせました。アメリカスポーツ医学会の区分でいう「とても軽い」強度です。著者たちは、ゆっくり歩くくらい、あるいはヨガや太極拳くらいの強さだと書いています。運動しない日は、同じ機械に10分座っているだけで、ペダルはこぎません。

10分という長さにも理由があります。このチームは以前の研究で、10分の運動で認知の成績が上がることを確かめていて、それにそろえたのです。

何を測ったのか：似た記憶を見分ける力

調べたのは、似ているものを別の記憶として見分ける力です。脳科学では「パターン分離」と呼ばれ、海馬の中の歯状回という部分が担っていると考えられています。

実験1では、運動か休憩のあと約5分で、日用品の写真196枚を1枚2秒ずつ見て、それぞれ屋内で使うものか屋外で使うものかを答えます。そのあと45分、音のない映画を見て休み、今度は256枚の写真を見て「前に見た」「似ているが違う」「初めて見た」のどれかを答えます。256枚のうち64枚はまったく同じ写真、128枚は似ているけれど少し違う写真、64枚は新しい写真でした。

ポイントは真ん中の「似ているが違う」写真です。たとえば、前に見たのと形は同じで色や細部が少し違うマグカップに「似ているが違う」と答えられるかどうか。これを正しく見分けられるほど、記憶が細かく分けて保存されている、と考えます。似ている度合いは高い、中くらい、低いの3段階に分けて分析されました。

結果：細かい違いほど見分けやすくなった

運動した日は、似ている度合いが高い写真と中くらいの写真で、見分ける成績が運動しない日より高くなりました。似ている度合いが低い写真では差がありませんでした。

これは理にかなった結果です。似ていない写真はもともと簡単に見分けられるので、運動しても伸びる余地がありません。差が出たのは、よく似ていて迷いやすい、難しいほうの問題でした。

実験2では、別の16人が、運動のあと約5分以内にMRIの中に入り、同じ種類の課題を受けました。ここでも運動した日のほうが成績がよく、実験1の結果が別の人たちでくり返し確かめられた形です。

脳の中で起きていたこと

実験2では、海馬の中の小さな区画まで見分けられる、解像度の高い機能的MRIが使われました。似た写真を正しく「違う」と見分けたときの脳の活動を、運動した日と運動しない日で比べています。

運動した日は、海馬の歯状回とCA3という区画、CA1、海馬台、そして海馬のそばにある嗅内皮質と海馬傍皮質の活動が高くなっていました。一方で、同じ撮影範囲にあった周嗅皮質、側頭極、扁桃体には変化がありませんでした。運動で脳全体の活動がなんとなく上がったのではなく、特定の場所だけが変わっていた、ということです。

さらに、歯状回とCA3の区画と、左の角回、左の紡錘状回、左の海馬傍回とのあいだで、活動の連動(機能的なつながり)が強まっていました。角回は思い出すことに、紡錘状回はものの形を見分けることにかかわる場所です。

動画で「つながりが強まった人ほど、記憶の伸びも大きかった」と紹介したのが、この部分です。つながりの強まり方と成績の伸び方の相関は、角回で0.64、紡錘状回で0.57、海馬傍回で0.62でした。人数は16人なので一つひとつの数字にこだわる必要はありませんが、つながりが強まった人ほど成績もよく伸びていた、という関係ははっきり出ています。

ストレスにならない強さだった

論文には、動画で触れなかった細かい点がいくつかあります。

まず、ストレスの指標です。研究チームは唾液のコルチゾールというストレスホルモンを測りましたが、運動した日としない日で差はありませんでした。体に負担をかけない、ストレスのない運動だったことが確かめられています。一方で、唾液のアミラーゼという、体が少し活動モードになったことを示す指標は運動のあとに上がっていました。

次に、気分です。運動のあとは、気持ちの「覚醒度」、つまり目が覚めていきいきした感じが高まっていました。この覚醒度が上がった人ほど、よく似た写真を見分ける成績も伸びていました。著者たちは、軽い運動が脳の覚醒の仕組みを働かせ、それが海馬の働きを助けているのではないかと考えています。

軽い運動がよいという考えは、このチームの動物実験から来ています。ラットをトレッドミルで走らせた研究で、ストレスにならない軽い運動は海馬の神経活動を高め、歯状回で新しい神経細胞が生まれるのを助け、空間の記憶をよくした一方、強すぎる運動ではその効果が抑えられていたそうです。その結果を人で確かめたのが、この研究です。

この研究から言えないこと

結果は面白いのですが、気をつけたい点もあります。

参加者は健康な大学生くらいの若い大人です。 高齢の人や、病気のある人で同じことが起きるかは、この研究では調べていません。著者たちは高齢の人にこそ役立つ可能性があると書いていますが、それは今後の課題です。
人数は少なめです。 実験1が20人、実験2が16人です。2つの実験で同じ傾向が出たのは心強いのですが、それぞれは小さな研究です。
効果を測ったのは、運動から1時間ほどのあいだです。 何日も続く効果かどうかはわかりません。
覚えるときに効いたのか、覚えたあとに効いたのかは区別できていません。 論文の著者たち自身が、限界としてそう書いています。
最適な強さはわかっていません。 30%と50%の両方で効果が見られましたが、どの強さがいちばんよいかは決まっていません。
調べたのは「似たものを見分ける」記憶です。 英単語を何個覚えられるか、といった記憶の量そのものを測ったわけではありません。

「10分歩けば頭がよくなる」という話ではありません。とても軽い運動のあと、細かい違いを見分ける記憶の働きが一時的に高まった、という研究です。

生活で使うなら

それでも、この研究は生活に取り入れやすいものです。必要なのは10分と、ゆっくり歩けるくらいの場所だけです。たとえば次のような使い方があります。

覚える作業の前に、10分ゆっくり歩く。 実験の運動は、ゆっくり歩くくらいのとても軽い強度でした。汗をかく必要はありません。家の近所をひと回りする、駅まで一駅分歩く、くらいで近い強さになりそうです。
似ていてまぎらわしいものを覚える前に使う。 この研究で伸びたのは、よく似たものを見分ける力でした。綴りの似た単語、名前の似た薬、型番の似た部品のように、取り違えやすいものを覚える前に使えます。
がんばりすぎない。 動物実験では強すぎる運動で効果が抑えられていました。人で同じかはわかりませんが、少なくとも「きつい運動でないと意味がない」と考える理由はありません。

ブレイン問答では、論文にもとづいた脳の話を、毎日1本のショート動画で紹介しています。BrainDojoは、1日数分で計算、記憶、注意などのトレーニングができるアプリで、さっき見たものを覚えておく記憶のトレーニングもあります。散歩から帰った直後にやってみると、この研究の話を自分の体で確かめる小さな実験になります。

参考文献

Suwabe K, Byun K, Hyodo K, et al. Rapid stimulation of human dentate gyrus function with acute mild exercise. Proc Natl Acad Sci U S A. 2018;115(41):10487-10492.
Suwabe K, Hyodo K, Byun K, et al. Acute moderate exercise improves mnemonic discrimination in young adults. Hippocampus. 2017;27(3):229-234.
Roig M, Nordbrandt S, Geertsen SS, Nielsen JB. The effects of cardiovascular exercise on human memory: a review with meta-analysis. Neurosci Biobehav Rev. 2013;37(8):1645-1666.