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Development of novel real-time feedback system using electromyography

Research Project

Project/Area Number 20K09448
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 56020:Orthopedics-related
Research InstitutionDepartment of Clinical Research, National Hospital Organization Higashinagoya National Hospital

Principal Investigator

Takeuchi Hiroki  独立行政法人国立病院機構東名古屋病院(臨床研究部), 独立行政法人国立病院機構東名古屋病院, その他 (90809253)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 野嶌 一平  信州大学, 医学部, 准教授(特定雇用) (20646286)
松井 佑介  名古屋大学, 医学系研究科(保健), 准教授 (90761495)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywords筋間コヒーレンス / 脳卒中 / 立位動作 / 立位制御課題 / 足圧中心 / 立位課題 / 筋電図 / フィードバック / 運動学習
Outline of Research at the Start

ヒトの運動を構成する生体活動をネットワークとして捉えることで、脳卒中患者をはじめとする疾病に起因する異常なネットワークを抽出し、その異常を是正する介入戦略の開発を目指す。具体的には、非侵襲的かつ簡便に抽出が可能であり、随意的な制御が可能な筋活動を使った新しいフィードバックトレーニングの開発および臨床での効果検証を行う。特に、ヒトの運動をネットワークとして捉えた際のモジュール変化をネットワーク解析から抽出する解析方法を開発していく。さらに、脳卒中患者から得られる大規模データから、開発したフィードバックシステムの臨床応用の可能性を探っていく。

Outline of Final Research Achievements

We conducted some experiments employing intermuscular coherence analysis to evaluate the central nervous system (CNS) activity in patients who have had a stroke. Our aim in the present study was to elucidate the physiological mechanisms that underlie postural abnormalities and to devise new intervention strategies using neurophysiological parameters. In stroke patients, a correlation was found between greater postural sway and reduced δ-band coherence at the subcortical level, indicating that subcortical activity is enhanced compensatory in order to stabilize posture. With respect to intervention, we developed a system to provide real-time coherence feedback and conducted comparative studies, demonstrating the potential to selectively enhance coherence between targeted muscle pairs. Future longitudinal interventions are required for stroke patients.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

超高齢社会が進む本邦において、脳卒中患者の能力障害に対する効果的なリハビリテーションの開発は喫緊の課題である。特に、立位動作は日常生活レベルに大きく関係するため、立位の獲得は重要な課題である。本研究では、脳卒中患者の立位動作異常の生理学的メカニズムの解明および神経系への直接的な介入が可能となるフィードバックシステムの開発を行った。
本研究で開発したフィードバックシステムを用いた介入実験では、5日間のトレーニングにおいて任意に神経活動を高めることが可能であり、臨床での縦断的介入試験に進んでいくことを予定している。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 10 results,  Open Access: 8 results) Presentation (10 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Association between Locomotive Syndrome Stage 1 and Physical Performance Measures among the Older People Living in the Community2022

    • Author(s)
      小林 達矢、竹中 裕人、立松 典篤、井上 倫恵、白井 祐也、野口 泰司、野嶌 一平、杉浦 英志
    • Journal Title

      Physical Therapy Japan

      Volume: 49 Issue: 3 Pages: 212-219

    • DOI

      10.15063/rigaku.12154

    • ISSN
      0289-3770, 2189-602X
    • Year and Date
      2022-06-20
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Comparative Study of Foot Fixation Methods and Sensor Arrangements in Ankle Joint Torque Measurement Equipment2022

    • Author(s)
      Takeuchi Kazuki、Sugawara Keito、Nojima Ippei、Tsuji Toshiaki
    • Journal Title

      IEEE Access

      Volume: 10 Pages: 114040-114047

    • DOI

      10.1109/access.2022.3218012

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Repetitive training of contralateral limb through reconsolidation strengthens motor skills2022

    • Author(s)
      Gyoda Tomoya、Ishida Kazuto、Watanabe Tatsunori、Nojima Ippei
    • Journal Title

      Neuroscience Letters

      Volume: 766 Pages: 136306-136306

    • DOI

      10.1016/j.neulet.2021.136306

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Strengthening the GABAergic System Through Neurofeedback Training Suppresses Implicit Motor Learning2022

    • Author(s)
      Gyoda Tomoya、Nojima Ippei、Lin Su-Chuan、Koganemaru Satoko、Mima Tatsuya、Tanabe Shigeo、Huang Ying-Zu
    • Journal Title

      Neuroscience

      Volume: 488 Pages: 112-121

    • DOI

      10.1016/j.neuroscience.2022.02.002

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Brain-Computer Interface Training Based on Brain Activity Can Induce Motor Recovery in Patients With Stroke: A Meta-Analysis2021

    • Author(s)
      Nojima Ippei、Sugata Hisato、Takeuchi Hiroki、Mima Tatsuya
    • Journal Title

      Neurorehabilitation and Neural Repair

      Volume: 36 Issue: 2 Pages: 83-96

    • DOI

      10.1177/15459683211062895

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Navigated repetitive transcranial magnetic stimulation as preoperative assessment in patients with brain tumors2020

    • Author(s)
      Motomura Kazuya、Takeuchi Hiroki、Nojima Ippei、Aoki Kosuke、Chalise Lushun、Iijima Kentaro、Wakabayashi Toshihiko、Natsume Atsushi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 10 Issue: 1 Pages: 1-1

    • DOI

      10.1038/s41598-020-65944-8

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Smaller muscle mass is associated with increase in EMG-EMG coherence of the leg muscle during unipedal stance in elderly adults2020

    • Author(s)
      Ippei Nojima, Yuki Suwa, Hideshi Sugiura, Taiji Noguchi, ShigeovTanabe, Tatsuya Mima, Tatsunori Watanabe
    • Journal Title

      Human Movement Science

      Volume: 71 Pages: 1-9

    • DOI

      10.1016/j.humov.2020.102614

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Role of beta-band resting-state functional connectivity as a predictor of motor learning ability2020

    • Author(s)
      Sugata Hisato、Yagi Kazuhiro、Yazawa Shogo、Nagase Yasunori、Tsuruta Kazuhito、Ikeda Takashi、Nojima Ippei、Hara Masayuki、Matsushita Kojiro、Kawakami Kenji、Kawakami Keisuke
    • Journal Title

      NeuroImage

      Volume: 210 Pages: 116562-116562

    • DOI

      10.1016/j.neuroimage.2020.116562

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Magnification of visual feedback modulates corticomuscular and intermuscular coherences differently in young and elderly adults2020

    • Author(s)
      Watanabe Tatsunori、Nojima Ippei、Mima Tatsuya、Sugiura Hideshi、Kirimoto Hikari
    • Journal Title

      NeuroImage

      Volume: 220 Pages: 117089-117089

    • DOI

      10.1016/j.neuroimage.2020.117089

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Coordinated demethylation of H3K9 and H3K27 is required for rapid inflammatory responses of endothelial cells2020

    • Author(s)
      Higashijima Y, Matsui Y, Shimamura T, Nakaki R, Nagai N, Tsutsumi S, Abe Y, Link VM, Osaka M, Yoshida M, Watanabe R, Tanaka T, Taguchi A, Miura M, Ruan X, Li G, Inoue T, Nangaku M, Kimura H, Furukawa T, Aburatani H, Wada Y, Ruan Y, Glass CK, Kanki Y
    • Journal Title

      The EMBO Journal

      Volume: 39 Issue: 7 Pages: 1-1

    • DOI

      10.15252/embj.2019103949

    • NAID

      120006902140

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] パーキンソン病患者に対するClosed-loop脳刺激介入の 即時的効果2022

    • Author(s)
      野嶌一平
    • Organizer
      第20回日本神経理学療法学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 神経筋ネットワーク解析に基づく介入の創発に向けて2022

    • Author(s)
      野嶌一平
    • Organizer
      第20回日本神経理学療法学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 非侵襲脳刺激によるテーラーメイド歩行介入2022

    • Author(s)
      野嶌一平
    • Organizer
      第20回日本神経理学療法学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ニューロフィードバック技術の臨床応用に向けて2022

    • Author(s)
      野嶌一平
    • Organizer
      第27回日本基礎理学療法学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 脳卒中患者の静止立位における 下肢筋間コヒーレンスと身体動揺との関係2022

    • Author(s)
      山中英士, 川上途行, 後藤凌介, 立石貴樹, 近藤国嗣, 野嶌一平
    • Organizer
      第27回日本基礎理学療法学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 再現性を重視した筋シナジー解析アルゴリズムの提案2022

    • Author(s)
      松井佑介、野嶌一平
    • Organizer
      第27回日本基礎理学療法学会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 多群比較のための固定NMFによる筋シナジー変動解析手法の提案2022

    • Author(s)
      宇野光平、松井佑介、野嶌一平
    • Organizer
      第27回日本基礎理学療法学会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] OpenPoseを用いた5回立ち上がりテストにおける 関節角度の測定精度2022

    • Author(s)
      野池貫志、井ノ上真白、野嶌一平
    • Organizer
      第27回日本基礎理学療法学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] コヒーレンスフィードバック介入による立位姿勢制御調整2021

    • Author(s)
      野嶌一平、堀内祐希、宇野光平、松井佑介、金沢星慶、竹内裕喜
    • Organizer
      第21回基礎理学療法学会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 皮質筋コヒーレンス解析に基づくリアルタイムニューロフィードバックアプローチ2021

    • Author(s)
      野嶌一平、金沢星慶
    • Organizer
      第2回物理療法研究会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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