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聴覚回復のための脳幹インプラント電極の開発

研究課題

研究課題/領域番号 12555068
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分展開研究
研究分野 知能機械学・機械システム
研究機関東京大学

研究代表者

中尾 政之 (2001-2002)  東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (90242007)

畑村 洋太郎 (2000)  東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (40010863)

研究分担者 加我 君孝  東京大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (80082238)
松本 潔  東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (10282675)
畑村 洋太郎  工学院大学, 国際基礎工学科, 教授 (40010863)
中尾 政之  東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (90242007)
研究期間 (年度) 2000 – 2002
研究課題ステータス 完了 (2002年度)
配分額 *注記
13,200千円 (直接経費: 13,200千円)
2002年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2001年度: 4,100千円 (直接経費: 4,100千円)
2000年度: 8,300千円 (直接経費: 8,300千円)
キーワード聴性人工脳幹インプラント / 微小多点電極 / 電気刺激 / 脳機能マッピング / 聴皮質 / 蝸牛神経核 / 誘発電位 / 神経細胞モデル / 機能構造 / 脊髄 / 独立成分解析 / 表面電極 / マイクロ電極 / ABR / MLR
研究概要

本研究の目的は、聴覚神経系に障害をもつ患者のための感覚機能代替システムにおいて,その設計手法を確立することである.本研究の成果は,(1)ラットの聴皮質で聴覚性信号を計測する微小多点表面電極と、脳幹を電気刺激する微小剣山電極を開発し、それらを用いた脳幹インプラントシステムの動物モデルを構築したこと,(2)聴皮質上からの多点信号計測から聴皮質の機能構造を明らかにしたうえで,脳幹・蝸牛神経核の電気刺激が音の高さ・強さの知覚を誘発できる可能性が高いことを示したこと,(3)電極間の所望の神経を選択的に刺激できる多点ゲート刺激法を開発したことである.
表面電極は、皮質上から高空間分解能に聴覚性信号を多点計測する。同電極では、曲率があり脈動している脳表面に電極基板が密着できるように、柔らかいポリイミド・フィルムを基板に用いた。基板上には2mm角の計測部位に80μm角の計測点を70個配した。微小剣山電極は、1.3mm角の計測部位に400μm間隔で格子状に、16個の微小タングステン電極を有する。
純音で誘発された聴皮質反応を表面電極で多点計測し,聴皮質の機能構造を考察した.同反応は,異なる音の周波数・音圧に対し,特徴的な時空間的活動パターンを示した.さらに,剣山電極を用いて,脳幹・蝸牛神経核を電気刺激したところ,音刺激で誘発された反応と同じ特徴を示し,蝸牛神経核の適当な部位を適当な電流強度で刺激すれば,音の高さと強さの情報を適切に知覚させられる可能性を示した.
多点ゲート刺激法が,電極形状によらず所望の神経を選択的に刺激できることを,シミュレーションと動物実験で示した.多点ゲート刺激法では,陰極の刺激で電極周辺の神経を幅広く発火させ,不必要な活動電位の伝播を陽極の刺激で抑制する.

報告書

(4件)
  • 2002 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2001 実績報告書
  • 2000 実績報告書
  • 研究成果

    (45件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (45件)

  • [文献書誌] Hirokazu Takahashi他5: "Microelectrode Array on folding polyimide ribbon for epidural mapping of functional evoked potentials"IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 50・4. 510-516 (2003)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 高橋宏知他5: "皮質硬膜上から高空間分解能で誘発電位を計測するための微小多点ポリイミド表面電極の開発"電気学会電子情報システム部門誌. 122-C・9. 1459-1468 (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 高橋宏知他3: "聴性誘発電位の多点計測データの独立成分解析"電気学会電子情報システム部門誌. 122-C・9. 1469-1480 (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 高橋宏知他7: "微小多点表面電極および微小剣山電極の開発とそれらを用いた聴覚機能の解明"電子情報通信学会技術研究報告. 100. 57-62 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 高橋宏知: "音刺激および電気刺激に対する誘発電位の多点同時計測による聴皮質の機能解明"医学のあゆみ. 200. 192-193 (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu Takahashi他7: "Accessing Cortical Tonotopic Organization by Microstimulation of Cochlear Nucleus"Proceedings of 1st International IEEE EMBS Conference on Neural Engineering. 161-164 (2003)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu Takahashi他4: "Multiple gating stimulation for selective activation of nerves in between electrodes"Proceedings of the International Federation for Medical & Biological Engineering. 3. 786-787 (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu Takahashi他5: "Auditory evoked-potential mappings unravel functional organizations of rat auditory cortex ; both the primary auditory field (AI) and anterior auditory field (AAF) show tonotopic organization and the latter has extreme loudness-dependence"Abstract of 3rd Forum of European Neuroscience. (CD-ROM). 184.18 (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 高橋宏知他7: "微小多点表面電極で計測した脳神経活動をウェーブレット解析で特徴抽出する試み"医用電子と生体工学. 39. 318 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 高橋宏知他5: "微小剣山電極を用いた蝸牛神経核における局所刺激および計測"医用電子と生体工学. 39. 317 (2001)

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  • [文献書誌] Hirokazu TAKAHASHI他8: "Surface multipoint microelectrode for direct recording of auditory evoked potentials on Auditory Cortex on a rat"Proceedings of 1st Annual International IEEE-EMBS Special Topic Conference on Microtechnologies in Medicine & Biology. 512-517 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu TAKAHASHI他5: "Micro multi-pointed sheet electrode for auditory brainstem implant"Proceedings of American Society for Precision Engineering 15th Annual Meeting. 349-352 (2000)

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  • [文献書誌] 高橋宏知他7: "聴覚情報処理の理解とその再建"平成15年電気学会全国大会シンポジウム講演論文集. 3-S17-7 (2003)

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  • [文献書誌] 高橋宏知他4: "近接電場電位のモデル解析と微小表面多点電極で計測した脳神経活動の独立成分解析"SICE2001. (CD-ROM). 110D-2 (2001)

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  • [文献書誌] 高橋宏知他7: "微小多点表面電極および微小剣電極の開発とそれらを用いた脳神経活動の計測"SICE2001. (CD-ROM). 110D-1 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu Takahashi, Takayuki Ejiri, Masayuki Nakao, Kaoya Nakamura, Kimitaka Kaga, and Thierry Herve: "Microelectrode Array on folding polyimide ribbon for epidural mapping of functional evoked potentials"IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 50. 510-516 (2003)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu Takahashi, Takayuki Ejiri, Masayuki Nakao, Naoya Nakamura, Kimitaka Kaga, and Thierry Herve: "Polyimide multiple-site surface microelectrode for epidural cortical recording of high spatial resolution evoked-potentials"Transaction of IEE of Japan. 122-C. 1459-1468 (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu Takahashi, Masayuki Nakao, Kimitaka Kaga, and Thierry Herve: "Independent component analysis of multiple-site auditory evoked potentials"Transaction of IEE of Japan. 122-C. 1469-1480 (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu TAKAHASHI, Takayuki EJIRI, Masayuki NAKAO, Yotaro HATAMURA, Naoya NAKAMURA, Kimitaka KAGA, Thierry HERVE: "Study on Auditory Pathway Functions with Surface Multipule Microelectrode and Spike Microelectrode Array"IEICE Technical Report. 100,479. 57-62 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu TAKAHASHI: "Functional Organization of Auditory Cortex Elucidated by Auditory and Electrical Evoked-potential Mapping"Journal of Clinical and Experimental Medicine. 200. 192-193 (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu Takahashi, Fumio Mase, Masayuki Nakao, Takayuki Ejiri, Tetsuji Ota, Thierry Herve, Sebastien A. Schmerber, Kimitaka Kaga: "Accessing Cotical Tonotopic Organization by Microstimulation of Cochlear Nucleus"Proceedings of 1st International IEEE EMBS Conference on Neural Engineering. 161-164 (2003)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu TAKAHASHI, Masayuki NAKAO, Yusuke YASUDA, Sheykholeslami KIANOUSHI, and Kimitaka KAGA: "Multiple gating stimulation for selective activation of nerves in between electrodes"Proceedings of the International Federation for Medical & Biological Engineering (2nd European Medical & Biological Engineering Conference). 3. 786-787 (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu TAKAHASHI, Takayuki EJIRI, Masayuki NAKAO, Naoya NAKAMURA, Thierry HERVE, and Kimitaka KAGA: "Auditory evoked-potential mappings unravel functional organizations of rat auditory cortex, both the primary auditory field (AI) and anterior auditory field (AAF) show tonotopic organization and the latter has extreme loudness-dependence(CD-ROM)"Abstract of 3rd Forum of European Neuroscience. #184.18. (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu TAKAHASHI, Takayuki EJIRI, Masayuki NAKAO, Fumio MASE, Yotaro HATAMURA, Naoya NAKAMURA, Kimitaka KAGA, Thierry HERVE: "Wavelet Analysis for Feature Extraction of Spatio-temporal Neuronal Data Acquired with the Surface Microelectrode"Proceedings of the 40^<th> Conference of the Japan Society of Medical Electronics & Biological Engineering. 39(Suppl.). 318 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu TAKAHASHI, Fumio MASE, Masayuki NAKAO, Takayuki EJIRI, Yotaro HATAMURA, Naoya NAKAMURA, Kimitaka KAGA, Thierry HERVE: "Microelectrode Array for Local Stimulation and Measurement of Neuronal Activity at Cochlear Nucleus"Proceedings of the 40^<th> Confenence of the Japan Society of Medicai Electronics & Biological Engineering. 39(Suppl.). 317 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu TAKAHASHI, Takayuki EJIRI, Masayuki NAKAO, Fumio MASE, Kiyoshi MATUMOTO, Yotaro HATAMURA, Naoya NAKAMURA, Thierry HERVE, and Kimitaka KAGA: "Surface multipoint microelectrode for direct recording of auditory evoked potentials on Auditory Cortex on a rat"Proceeding of 1st Annual International IEEE-EMBS Special Topic Conference on Microtechnologies in Medicine & Biology. 512-517 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu TAKAHASHI, Takayuki EJIRI, Masayuki NAKAO, Kiyoshi MATUMOTO, Yotaro HATAMURA, Naoya NAKAMURA, Kimitaka KAGA, and Thierry HERVE: "Micro multi-pointed sheet electrode for auditory brainstem implant"Proceedings of American Society for Precision Engineering 15th Annual Meeting. 349-352 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu TAKAHASHl, Masayuki NAKAO, Fumio MASE, Takayuki EJIRI, Tetsuji OTA, Thierry HERVE, Sebastien SCHIMERBER, Kimitaka KAGA: "Understanding and Restoring Auditory Signal Processing"2003 National Convention Record IEE Japan. #3-S17-7. (2003)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu TAKAHASHI, Masayuki NAKAO, Yotaro HATAMURA, Kimitaka KAGA, Thierry HERVE: "Model Analysis of Near Field Potential and Independent Component Analysis of Spatio-temporal Cortical Data Acquired with the Surface Microelectrode (CD-ROM)"Proceedings of SICE 2001. 110D-1. (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu TAKAHASHI, Takayuki EJIRI, Fumio MASE, Masayuki NAKAO, Yotaro HATAMURA, Naoya NAKAMURA, Kimitaka KAGA, Thierry HERVE: "Surface Microelectrode and Spike Microelectrode Array for Measuring Neuronal Activities (CD-ROM)"Proceeding of SICE 2001. 110D-2. (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hirokazu Takahashi, 他5: "Multiple-site polyimide surface microelectrode with fold-structure for less-invasive epidural cortical mapping of functional evoked-potentials"IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 50・4(印刷中). (2003)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 高橋宏知, 他5: "皮質硬膜上から高空間分解能で誘発電位を計測するための微小多点ポリイミド表面電極の開発"電気学会電子情報システム部門誌. 122-C・9. 1459-1468 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 高橋宏知, 他3: "聴性誘発電位の多点計測データの独立成分解析"電気学会電子情報システム部門誌. 122-C・9. 1469-1480 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Hirokazu Takahashi, 他4: "Multiple gating stimulation for selective activation of nerves in between electrodes"Proceedings of the International Federation for Medical & Biological Engineering. 3. 786-787 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Hirokazu Takahashi, 他7: "Accessing Cortical Tonotopic Organization by Microstimulation of Cochlear Nucleus"Proceedings of 1st International IEEE EMBS Conference on Neural Engineering. (印刷中). (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Hirokazu Takahashi, 他5: "Auditory evoked-potential mappings unravel functional organizations of rat auditory cortex; both the primary auditory field (AI) and anterior auditory field (AAF) show tonotopic organization and the latter has extreme loudness-dependence"Abstract of 3rd Forum of European Neuroscience. (CD-ROM). 184.18 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 高橋宏知: "音刺激および電気刺激に対する誘発電位の多点同時計測による聴皮質の機能解明"医学のあゆみ. 200・2. 192-193 (2002)

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      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 高橋宏知, 他7名: "微小多点表面電極と微小剣山電極の開発とそれらを用いた脳神経系活動の計測"SICE2001(第40回計測自動制御学会学術講演会)講演論文集. (CD-ROM). 110D-112D (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 高橋宏知, 他4名: "近接電場電位のモデル解析と微小表面多点電極で計測した脳神経活動の独立成分解析"SICE2001(第40回計測自動制御学会学術講演会)講演論文集. (CD-ROM). 110D-111D (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 高橋宏知, 他7名: "微小多点表面電極で計測した脳神経活動の独立成分分析法による解析"医用電子と生体工学. 39(特別号). 316 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 高橋宏知, 他7名: "微小剣山電極を用いた蝸牛神経核における局所刺激および計測"医用電子と生体工学. 39(特別号). 317 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 高橋宏知, 他7名: "微小多点表面電極で計測した脳神経活動をウェーブレット解析で特徴抽出する試み"医用電子と生体工学. 39(特別号). 318 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 高橋宏知 他: "口腔内原音発生振動子を用いた無咽頭者の発声システムの開発とそれの代用原音を口腔内圧で制御する試み"音声言語医学. Vol.41 No.2. 130-138 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] H.Takahashi, et.al.: "Micro Multi-point Sheet Electrode for Auditory Brainstem Implant"Proc.of ASPE'00. 349-352 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] H.Takahashi, et.al.: "Surface Multipoint Microelectrode for Direct Recording of Auditory Evoked Potentials on the Auditory Cortex or a Rat"Proc.of IEEE-EMGS in Microtechnologies in Medicine & Biology. 512-517 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書

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公開日: 2000-04-01   更新日: 2016-04-21  

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