認知症予防につながる運動と脳機能の関係性
Q:どんな学生時代を送りましたか。
学生時代は、部活動のバスケットボールに明け暮れていました。チームは比較的強いほうだったと思います。高校3年生で引退を迎えた時には、もっと高いレベルで続けたいという思いが残っていたので、バスケットボール部がある大学で以前から自分の関心のあった人体のことを知りたいと思い、関西の国公立大学に的を絞って受験しました。
Q:そこで、バスケ部もあり、人間の体のことが学べる大阪教育大学を選ばれたのですね。
いざ大学に入ってクラブに所属してみると、高校で全国大会出場経験のあるチームメイトには、どんなに練習を積んでも全然かないませんでした。そもそもスポ根タイプの人間で、誰もが長時間練習すれば必ず上達するものだと信じてやまなかったのですが、それでもレギュラー争いで負けてしまいました。いわゆる、挫折です。本当に、大学時代はどうすればライバルたちに勝てるのだろうか考えてばかりいました。それから、瞬発力を高める方法を学んだり、筋肉量を増やす方法を調べたりしているうちに、もっと運動能力を高めるメカニズムについて調べていくようになりました。
正直、教育学部だから将来、高い確率で教師になる人がほとんどです。大学3年生の頃、今のままではたとえ自分が教師になったとしても、練習時間を長くしたり、ハードな練習を強いたりするだけで軍隊の訓練のような指導しかできないのではスポーツとは言えません。ましてや自分と同じ経験をさせてしまっては意味がないと思い、しっかりと人の体を理解して指導できるようになるために大学院を意識するようになりました。
Q:大学院ではどんな研究をなされたのでしょうか。
大学院生時代には一過性運動による脳と骨格筋の乳酸トランスポーター（MCT）の発現効果をテーマとして研究をしました。
細胞膜にはMCTという膜タンパク質があり、乳酸はMCTを介して細胞内外に輸送されます。一回の運動によってこのMCTが骨格筋や脳で増加するのかについて、ラットを用いて研究を行いました。このテーマを研究しようと思ったのは、乳酸に興味があったからです。昔は乳酸が疲労物質で筋肉に乳酸が溜まるから疲労するという考えがありましたが、実はそれが間違いで乳酸はむしろ運動のエネルギー源として利用されるということを知った時に、表面の知識だけでなく、その根拠となるメカニズムを深く理解することが重要だと気づきました。そこで自分で研究をする際にも、運動による現象面だけでなく、そのメカニズムを検証するようにしました。この研究では、運動によるMCTの増加がどのような分子機序で行われるのかについて検証しました。研究自体は楽しかったのですが、私は学部生の時は全く実験室で実験をするということをしてこなかったので、最初は生化学の知識、技術を習得することに苦労しました。
Q:現在は、どんな研究をされているのでしょうか。
現在の研究は、乳酸やケトン体といったエネルギー基質が脳への運動の恩恵効果を高めるかについて検討しています。大学院時代の研究では一回の運動によって脳のMCTが増えることを明らかにしてきたのですが、次にMCTが増えた結果、どのような効果があるのかについて明らかにしたいと思い、MCTによって輸送される乳酸やケトン体に着目して研究を進めています。乳酸やケトン体は脳機能を向上させるような効果も先行研究では報告されているので、運動によって脳のMCTを増加させ、より多くの乳酸やケトン体を輸送できることで、脳への恩恵効果が高まると考え、その研究をしています。
具体的には、脳のグリコーゲンレベルを減少させてトレーニングさせることで脳のMCT発現と認知機能を向上させることができるのか、ケトン体を投与してトレーニングすることで糖尿病による認知機能低下を予防・改善できるかといった研究テーマに取り組んでいます。
Q:研究内容の中で特に強調されたい分野について具体的にご教示ください。
興味を持っているのは運動による脳へのトレーニング効果です。運動が骨格筋に及ぼす影響については、多くの研究者の尽力によって様々なことが明らかにされています。そのため、骨格筋へのトレーニング方法は、目的別にある程度確立されています。一方で脳に関しては、骨格筋とは異なり、多くの機能を司ることや脳部位によって運動の効果が異なるため、未だに明らかにされていないことが多々あります。私は一回の運動で脳のMCTが増加することを明らかにした時に、運動は骨格筋だけでなく脳も鍛えることができることに強い関心を持ちました。どのような運動すればどのような脳の機能を鍛えることができるのかというテーマは、非常に興味深いです。アスリートは骨格筋を鍛えるイメージがあるかもしれませんが、これからは脳をいかに鍛えるかが重要になってくると思います。その根拠となる研究に取り組めたらという思いがあります。
Q:MCTが認知症の予防につながるとすれば、これまでの常識を覆す研究になりそうです。
そうですね。私の研究分野は、すぐに社会やスポーツ現場に応用ができるわけではないですが、乳酸やケトン体といった基質の代謝や役割について明らかにしていくことで、人々の健康増進に寄与できると考えています。超高齢社会において、骨格筋と脳の機能を維持・向上させることは非常に重要です。そのための運動や食事の方法・内容を検討する際の判断材料の一つとして、研究成果が貢献できると考えています。特に健康に関する情報は信頼性の高いものから低いものまで様々であり、間違った情報が世間一般に広まってしまうこともよくあると思っています。自らの研究の経験から、人々の健康情報に対するリテラシー向上に貢献したいと考えています。テレビ、ネットの情報を鵜呑みにするのではなく、自分の頭で考え信頼性が高いかどうかを冷静に判断できる人を増やしていくことに貢献したいです。
Q:プライベートについてお聞かせください。先生の趣味や関心、大学生時代に夢中になった事についてご教示ください。
大学生時代に夢中になったことは、前述の通りバスケットボールでした。大学の授業の合間や練習前後にトレーニングやシューティングに時間を費やしていて、いわゆるスポ根が大好きで、いかにバスケットボールに費やす時間が長いかが自分の当時の価値観でした。その頃から、アメリカのプロバスケットボールリーグNBAの試合をよくテレビで視るようになりました。当時は深夜にBSで無料放送がありましたので、練習して帰宅した後に視聴したり、録画したりして見ていました。今では試合を視聴することは減りましたが、関連ニュースやハイライト映像はよく見ています。
Q:学生へのメッセージをお願いします。
自分の興味のあることを勉強してほしいと思っています。もちろん、憧れの職業に就くために、進学先を選ぶ方法もありますが、むしろ自分の興味関心に正直になってほしいと思います。これまで全然スポーツ経験がなかったとしても、例えばコーチングに少しでも興味があれば、可能性を狭めることなく自分の興味に従って学部学科を選んだほうが、楽しい大学生活が送れると思います。
Junior Associate Professor Takimoto Masaki
In this edition of “Tell Us Teacher”, we interviewed Takimoto Masaki, an Associate Professor of the Department of the Health and Sports Sciences, who specializes in exercise physiology and biochemistry.
The relationship between exercise and brain function for preventing dementia
Q:What were your school days like?
When I was a student, I spent most of my time playing basketball in my school’s basketball club. I think our team was relatively strong. When I retired from club activities in my last year of high school, I still wanted to continue playing basketball at a higher level. Because I wanted to attend a university with a basketball team, and learn about the human body, which I had always been interested in, I focused on applying to national universities in Kansai.
Q:So you chose Osaka Kyoiku University because it has a basketball team and it’s a place where you can learn about the human body.
When I entered university and joined the basketball club, I found that no matter how much I practiced I could not compete with my teammates who had participated in national tournaments in high school. I have always been the type of person who is dedicated to sports and works hard. I always believed that anyone could improve if they practice long enough, but I still lost out in the competition for a regular position. It was a setback, so to speak. When I was in college, I was constantly thinking about how I could beat my rivals. Then, as I was learning how to increase my explosiveness and investigating ways to increase my muscle mass, I started to research more about the mechanisms that enhance athletic performance.
To be honest, most of us were likely to become teachers in the future because we were in the education department. When I was in my third year of university, I realized that even if I became a teacher, if all I could do was force students to practice longer and work harder like some kind of military exercise, I could hardly call that sports instruction. I realized that it would be even more pointless to make students go through what I did and that’s when I started to consider graduate school as a way to really understand the human body and become able to properly teach students about how it works.
Q:What kind of research did you do in graduate school?
When I was a graduate student, researched the effects of transient exercises on the expression of monocarboxylate transporters (MCTs) in the brain and skeletal muscles. The cell membrane contains a membrane protein called MCT, and lactic acid is transported in and out of the cell via the MCT. We conducted a study with rats to see if a single exercise session could increase MCT in the skeletal muscles and brain. I decided to research this topic because I was interested in lactic acid.
In the past, there was a belief that lactic acid caused exhaustion and that we get fatigued because of the accumulation of lactic acid in our muscles. When I learned that this is not true and that lactic acid is actually used as an energy source for exercise, I realized that it is important to not only have surface knowledge, but also a deep understanding of the underlying mechanisms. Therefore, when I did my own research, I tried to examine not only the phenomena of exercise, but also the mechanisms. In this study, I examined the molecular mechanisms of exercise-induced increases in MCT. The research itself was fun, but I had never done any laboratory experiments as an undergraduate, so I had a hard time learning the knowledge and techniques of biochemistry at first.
Q:What kind of research are you doing now?
My current research is about whether energy substrates such as lactic acid and ketone bodies increase the benefits of exercise for the brain. In my research as a graduate student, I showed that a single bout of exercise increases the MCTs in the brain. Next, I would like to clarify the effects of increased MCTs, so I am focusing my research on the lactic acid and ketones transported by MCTs. Lactic acid and ketone bodies have been reported in previous studies to improve brain function, so we believe that exercise can increase the MCTs in the brain and transport more lactic acid and ketone bodies, thereby increasing the benefits to the brain.
Specifically, we are working on research themes such as whether training with reduced brain glycogen levels can improve MCT expression and cognitive function in the brain, and whether training with ketone bodies can prevent or improve cognitive decline caused by diabetes.
Q:Could you tell us specifically what areas of your research you would like to bring attention to?
I am interested in the effects of exercise on the brain. The effects of exercise on skeletal muscle have been well documented by many researchers. Therefore, training methods for skeletal muscles have been established to some extent for different purposes. On the other hand, there are many things about the brain that are still unclear because, unlike skeletal muscles, it controls many functions and the effects of exercise vary depending on the brain region. When I found that one bout of exercise increased the MCT of the brain, I became very interested in the fact that exercise can train not only skeletal muscles but also the brain. The topic of what parts of your brain can be trained by the way in which you exercise is fascinating. There may be the impression that athletes train their skeletal muscles, but I believe that training the brain will become more important in the future. I hope to be able to work on research that will provide the basis for that.
Q:If MCTs can help prevent dementia, this research will overturn conventional wisdom.
Yes, that’s right. Although my research field does not have immediate applications in society or in sports, by clarifying the roles and the metabolism of substrates such as lactic acid and ketone bodies, I believe that we can contribute to improving people’s health. In an aging society, maintaining and improving skeletal muscle and brain function is extremely important. I believe that our research results can contribute to the decision-making process when considering how we exercise and what we eat. Health information in particular varies from highly reliable to very untrustworthy, and incorrect information is often spread to the general public. Based on my own research experience, I would like to contribute to the improvement of people’s literacy toward health information. I would like to help increase the number of people who can think for themselves and calmly judge whether or not information on TV and the Internet is reliable, rather than just believing it without question.
Q:Please tell me about your private life. Tell us about your hobbies, interests, and what you were into during your time in undergraduate student.
As I mentioned earlier, my passion during university was basketball. I spent a lot of time training and shooting hoops in between classes as well as before and after basketball practice. I loved the idea of devoting myself to one sport, and my sense of worth was based on how much time I spent on basketball. It was around that time that I started to watch NBA games on TV a lot. Back then, there were free broadcasts on satellite television in the middle of the night, so I would record them or watch them after I came home from practice. Now I watch fewer matches, but I still check related news and highlights.
Q:Do you have a message for the students?
I want you to study what you are interested in. Of course, you could choose where to go for higher education for the purpose of getting a job you admire, but I would rather you be honest about your interests. If you are interested in coaching, for example, even if you have no previous experience in sports, I think you will have a more enjoyable time in university if you choose your department according to your interests without limiting your possibilities.
