レモン、サンダルウッド、クスノキの精油吸入によるヒト脳活動への影響

Effects of inhaling essential oils of Citrus limonum L., Santalum album, and Cinnamomum camphora on human brain activity

レモン、サンダルウッド、クスノキの精油吸入によるヒト脳活動への影響

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/brb3.2889

Abstract

概要

Introduction

序論

Essential oil inhalation has various effects on the human body. However, its effects on cognitive function and the neural basis remain unclear. We aimed to investigate the effects of inhaling lemon, sandalwood, and kusunoki essential oils on human brain activity and memory function using multichannel electroencephalography and brain source activity estimation.

精油の吸入は、人体に対して様々な効果をもたらす。しかし、認知機能への影響やその神経基盤については、未だ不明な点が多い。我々は、レモン、サンダルウッド、クスノキの精油の吸入がヒトの脳活動や記憶機能に及ぼす影響を、多チャンネル脳波計と脳波源活動推定を用いて検討することを目的とした。

Methods

方法

Participants performed a letter 2-back working memory task during electroencephalography measurements before and after essential oil inhalation. Brain activation, task difficulty, concentration degree, and task performance were compared among the essential oils and a fragrance-free control.

参加者は精油吸入前後の脳波測定中に文字2バックワーキングメモリ課題を実施した。脳活動、課題の難易度、集中度、課題遂行能力を、精油と無香料対照の間で比較した。

Results

結果

Task performance significantly improved after lemon essential oil inhalation. Lemon essential oil inhalation resulted in delta and theta band activation in the prefrontal cortex, including the anterior cingulate gyrus and orbitofrontal cortex, superior temporal gyrus, parahippocampal gyrus, and insula. During inhalation, persistent alpha band activation was observed in the prefrontal cortex, including the anterior cingulate gyrus. Sandalwood essential oil inhalation led to beta and gamma band activation in the prefrontal cortex, including the anterior cingulate gyrus.

レモン精油の吸入後、タスクパフォーマンスは有意に改善した。レモン精油の吸入により、前帯状回や眼窩前頭皮質を含む前頭前野、上側頭回、海馬傍回、島皮質において、デルタ帯とシータ帯の活性化が見られた。吸入時には、前帯状回を含む前頭前野で持続的なアルファバンドの活性化が観察された。サンダルウッド精油の吸入により、前帯状回を含む前頭前野でベータおよびガンマ帯の活性化が認められた。

Conclusion

結論

Our findings demonstrate that different essential oils have specific effects on brain activity related to emotion and memory processing.

今回の発見は、異なる精油が感情や記憶処理に関連する脳活動に特異的な影響を与えることを実証しています。

Keywords: Cinnamomum camphora; Citrus limonum L; Santalum album; essential oil; human brain.

キーワード：クスノキ精油、レモン精油、サンダルウッド精油、精油。ヒトの脳

1 INTRODUCTION

1 序論

Inhaling essential oils reduces stress (Chamine & Oken, 2016; Heuberger et al., 2006; H?ferl et al., 2016; Kim et al., 2011; Motomura et al., 2001; Shimada et al., 2011; Toda & Morimoto, 2008), maintains concentration (Ho & Spence, 2005; Kaneki et al., 2005), and improves sleep (Fismer & Pilkington, 2012; Hirokawa et al., 2012) and dementia symptoms (Ballard et al., 2002; Holt et al., 2003; Smallwood et al., 2001) in humans. Human cognitive functions, including perception, attention, memory, language, thought, and emotion, collectively facilitate higher-order processing, including decision making and creativity. Inhaling essential oils reduces stress (Chamine & Oken, 2016; Heuberger et al., 2006; H?ferl et al., 2016; Kim et al., 2011; Motomura et al., 2001; Shimada et al., 2011; Toda & Morimoto, 2008), maintains concentration (Ho & Spence, 2005; Kaneki et al., 2005), and improves sleep (Fismer & Pilkington, 2012; Hirokawa et al., 2012) and dementia symptoms (Ballard et al., 2002; Holt et al., 2003; Smallwood et al., 2001) in humans. Human cognitive functions, including perception, attention, memory, language, thought, and emotion, collectively facilitate higher-order processing, including decision making and creativity. The effects of essential oil inhalation on these functions and their neural basis remain unclear. A study on the relationship between essential oil inhalation and cognitive function (Moss et al., 2008) reported that inhaling peppermint oil improved memory function. Moreover, an electroencephalography (EEG) study reported that inhaling lavender oil significantly attenuated alpha band (8－10 Hz) EEG activity in the parietal and posterior temporal brain regions (Masago et al., 2000). Moreover, inhaling lavender oil significantly increased beta band (21－30 Hz) EEG activity in the frontal region (Diego et al., 1998). Although some studies have reported on the effects of lemon oil inhalation on stress (K omiya et al., 2006) and pain reduction (Ikeda et al., 2014) and on the neural mechanisms underlying these effects, they were mostly conducted on rodents. Previous studies have used physiological indices associated with the autonomic nervous system, including heart rate and skin conductance response, to analyze the stress-reducing effects of sandalwood oil inhalation (Heuberger et al., 2006; H?ferl et al., 2016); however, none reported on cognitive function and human brain activity.

精油の吸入は、ストレスを軽減し（Chamine & Oken, 2016; Heuberger et al., 2006; H?ferl et al., 2016; Kim et al., 2011; Motomura et al., 2001; Shimada et al., 2011; Toda & Morimoto, 2008）、集中力を維持（Ho & Spence, 2005; Kaneki et al、 2005）、睡眠改善（Fismer & Pilkington, 2012; Hirokawa et al., 2012）、認知症改善（Ballard et al. 知覚、注意、記憶、言語、思考、感情を含む人間の認知機能は、集合的に意思決定や創造性を含む高次の処理を促進します。精油の吸入がこれらの機能およびその神経基盤に及ぼす影響については、依然として不明な点が多い。精油の吸入と認知機能の関係に関する研究（Moss et al.、2008年）は、ペパーミントオイルの吸入が記憶機能を改善することを報告した。さらに、脳波の研究では、ラベンダーオイルの吸入により、頭頂部および後頭部の脳領域におけるアルファバンド（8-10Hz）の脳波活動が有意に減衰することが報告されている（Masago et al.、2000年）。さらに、ラベンダーオイルを吸入すると、前頭部のβ帯（21-30Hz）
の脳波活動が有意に上昇した（Diego et al., 1998）。レモンオイルの吸入によるストレス軽減効果（小宮ら、2006）や疼痛軽減効果（池田ら、2014）、およびこれらの効果の基盤となる神経機構について報告した研究もあるが、その多くはげっ歯類を用いて行われたものであった。これまでの研究では、心拍数や皮膚コンダクタンス反応など自律神経系に関連する生理指標を用いて、サンダルウッドオイル吸入のストレス軽減効果を解析しているが（Heuberger et al., 2006; H?ferl et al., 2016）、認知機能や人間の脳活動について報告しているものはなかった。

skin conductance：皮膚コンダクタンス

電気皮膚活動EDAの伝統的な理論は皮膚の汗腺の状態で皮膚抵抗が変化することに基づく。汗は交感神経系によってコントロールされているため[4]、皮膚コンダクタンスは心理的または身体的興奮の兆候だというものだ。 もし自律神経系の交感神経側が興奮した場合、汗腺の活動は活発化され、皮膚コンダクタンスの上昇につながる。このように、皮膚コンダクタンスは感情的または交感神経系の反応の指標になりうる[5]。ガルバニック皮膚反応ウィキペディア（より

The limbic system, which is close to the olfactory nerve, is considered the most important pathway for direct signal transmission from the olfactory nerve to the brain after intranasal absorption (Kandel et al., 2012). The limbic system comprises the hippocampus, which controls memory functions (Burgess et al., 2002; Phelps, 2004), and the amygdala (Davis & Whalen, 2001; Phelps, 2004) and anterior cingulate cortex (Bush et al., 2000), which control emotional functions. Therefore, essential oil inhalation may influence memory and emotional functions in humans. In this study, we focused on memory function while examining the effects of essential oil inhalation on cognitive function and human brain activity.

嗅神経に近い大脳辺縁系は、経鼻吸収後に嗅神経から脳へ直接信号を伝達する最も重要な経路と考えられている（Kandel et al.、2012）。大脳辺縁系は、記憶機能を司る海馬（Burgess et al., 2002; Phelps, 2004）、感情機能を司る扁桃体（Davis & Whalen, 2001; Phelps, 2004）および前帯状皮質（Bush et al., 2000）からなります。したがって、精油の吸入は、ヒトの記憶や感情機能に影響を与える可能性がある。本研究では、精油の吸入が認知機能やヒトの脳活動に及ぼす影響を調べながら、記憶機能に着目した。

anterior cingulate cortex　：前帯状皮質

EEG measurements acquired at high temporal resolutions can reveal the time course of brain activation after essential oil inhalation. Moreover, multichannel head-surface EEG with exact low-resolution brain electromagnetic tomography (Pascual-Marqui et al., 2011; Pascual-Marqui et al., 1994) can facilitate brain source activity estimation, including that within deep brain regions, such as the hippocampus and anterior cingulate cortex (Cannon et al., 2005; Pizzagalli et al., 2004).

高時間分解能で取得した脳波測定は、精油吸入後の脳活性化の時間経過を明らかにすることができる。さらに、正確な低解像度脳電磁トモグラフィーを用いた多チャンネル頭表脳波（Pascual-Marqui et al., 2011; Pascual-Marqui et al., 1994）により、海馬や前帯状皮質などの脳深部領域内のものを含む脳源活動の推定が容易になる（Cannon et al., 2005; Pizzagalli et al.）

Here, we aimed to evaluate the effects of inhaling lemon, sandalwood, and kusunoki (i.e., camphor) essential oils on human brain activity and memory function using EEG and a working memory task. Numerous brain regions are involved in working memory. Additionally, specific EEG frequencies are involved in human working memory functions. Working memory activity in the delta band could be associated with the frontal lobe (de Vries et al., 2018; Zarjam et al., 2011) and parahippocampal gyrus (Imperatori et al., 2013). Moreover, numerous studies have demonstrated the importance of the theta band in the prefrontal cortex, especially in the medial prefrontal cortex (Gevins et al., 1998; Hsieh & Ranganath, 2014; Jensen & Tesche, 2002; Meltzer et al., 2008; Onton et al., 2005; Sauseng et al., 2010). We hypothesized that essential oil inhalation would activate EEG signals in the frequency bands of the brain regions involved in working memory task performance. This is the first study to investigate the effects of essential oil inhalation on the human brain, including the deep regions, using a memory demanding task.

そこで、レモン、サンダルウッド、クスノキの精油の吸入がヒトの脳活動や記憶機能に及ぼす影響を、脳波とワーキングメモリ課題を用いて評価することを目的としました。ワーキングメモリには多数の脳領域が関与している。さらに、特定の脳波周波数がヒトのワーキングメモリ機能に関与している。デルタ帯のワーキングメモリ活動は、前頭葉（de Vries et al., 2018; Zarjam et al., 2011）および海馬傍回（Imperatori et al., 2013）に関連する可能性があります。さらに、多くの研究が、前頭前皮質、特に内側前頭前皮質におけるシータ帯の重要性を示している（Gevins et al., 1998; Hsieh & Ranganath, 2014; Jensen & Tesche, 2002; Meltzer et al., 2008; Onton et al., 2005; Sauseng et al., 2010）．我々は、精油の吸入により、ワーキングメモリ課題の遂行に関与する脳領域の周波数帯の脳波信号が活性化すると仮定した。精油の吸入が深部領域を含むヒトの脳に及ぼす影響を、記憶負荷の高い課題を用いて検討した初めての研究である。

frontal lobe　前頭葉
prefrontal cortex 前頭前皮質
medial prefrontal cortex 内側前頭前皮質
parahippocampal gyru : 海馬傍回

用語

前帯状皮質
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%89%8D%E5%B8%AF%E7%8A%B6%E7%9A%AE%E8%B3%AA

前帯状皮質（ぜんたいじょうひしつ、英: Anterior cingulate cortex ACC）は、帯状皮質の前部で、脳の左右の大脳半球間の神経信号を伝達する線維である脳梁を取り巻く"襟"のような形をした領域である。

この領域には背側部 (ブロードマンの脳地図における24野) と腹側部 (ブロードマンの脳地図における32野) が含まれている。前帯状皮質は血圧や心拍数の調節のような多くの自律的機能の他に、報酬予測、意思決定、共感や情動といった認知機能に関わっているとされている。

海馬
https://bsd.neuroinf.jp/wiki/%E6%B5%B7%E9%A6%AC

海馬は大脳側頭葉の内側部で側脳室下角底部に位置し、エピソード記憶等の顕在性記憶の形成に不可欠な皮質部位である（図1）。記憶形成に関与する側頭葉皮質部位には、嗅内野、傍海馬台、前海馬台、海馬台、海馬（アンモン角）、歯状回がある。また、海馬台、海馬、歯状回に、脳梁上部に位置し、中隔方向に連続する構造物である脳梁灰白層を加えて集合的に海馬体 (hippocampal formation) と呼ぶ。

海馬傍回
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B5%B7%E9%A6%AC%E5%82%8D%E5%9B%9E

海馬傍回（かいばぼうかい、英: Parahippocampal gyrus）または海馬回（かいばかい、英: hippocampal gyrus）は海馬の周囲に存在する灰白質の大脳皮質領域。大脳内側面の脳回のひとつである。この領域は記憶の符号化及び検索において重要な役割を担っている。この領域の前部は嗅周皮質 (perirhinal cortex) 及び、嗅内皮質 (entorhinal cortex) を含んでいる。海馬傍皮質 (parahippocampal cortex) という用語は海馬傍回の後部と紡錘状回の内側部を指して用いられる。

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