最近、CPGという言葉をよく耳にしますが、どのようなものでしょうか。また、CPGとリハビリテーション医学との関連についても教えてください。

CPGはcentral pattern generatorの略語です。頸・腰髄膨大部に存在する歩行、呼吸、咀嚼運動などのリズミックなパターン運動を惹起する神経回路網のことで、脳や感覚入力から独立してパターン運動を誘発するジェネレーターということができます。中枢パターン発生器という日本語訳が使用されることがありますが、定着しておらず‘CPG’が一般的です。

歴史的な背景をお話しますと、CPGの前身となる概念が最初に提唱されたのは1911年のことで、Brownらは除脳ネコの実験から屈筋と伸筋の興奮を交互に引き起こすhalf-centerが脊髄内に存在するという仮説を発表しました。1970年代から、より下等な脊椎動物（ヤツメウナギやイモリなど）を用いた研究が行われ、末梢神経や上位中枢からの入力を遮断した状態でも歩行様運動が誘発されることが明らかになりました。Grillner1)は、上位ニューロンからの単なる神経ネットワークやhalf-center modelとはやや異なり、脊髄内の複数のburst generatorの相互作用によりリズミックな屈筋・伸筋の筋活動が誘発されるというコンセプトを提唱しました。その後、リズム運動を誘発する脊髄内のイオン機構や神経ネットワークの解明がすすみ、これらにまつわる神経機構のことがCPGと称されるようになりました。

CPGがヒトに存在するか否かはしばらく議論の的でしたが、1998年にDimitrijevicら2)は完全対麻痺患者の腰髄膨大部付近を一定の周波数で硬膜外電気刺激を行い、リズミックな歩行様運動を誘発することに成功しました。この事実は、ヒトの脊髄内の神経群が脳から独立してリズミックな運動を惹起しうるという証拠を示したことになります。Yangら3)は、ハーネスで支持された乳児がゆっくり動くトレッドミル上で歩行様の下肢の交互運動を行ったと報告しました。足底や股関節からの感覚入力刺激がCPGを賦活化させたと考えられます。

このような研究を背景に、近年CPGの賦活を介して歩行機能の向上を図るべく、リズミックな運動がリハビリテーションに応用されています。部分免荷トレッドミル訓練やペダリング訓練は歩行不可能でも座位が可能であれば施行可能です。特に前者では脊髄損傷患者で多くのエビデンスが蓄積されました。最近では脳卒中患者、脳性麻痺児でも効果が示されています。

文献

1) Grillner S: Neurobiological bases of rhythmic motor acts in vertebrates. Science 1985; 228: 143-149

2) Dimitrijevic MR, et al: Evidence for a spinal central pattern generator in humans. Ann N Y Acad Sci 1998; 860: 360-376

3) Yang JF, et al: Infant stepping: a method to study the sensory control of human walking. J Physiol 1998; 507: 927-937