Analysis of Electromyograph to estimate the Onset Time of the Migraine Attacks

• Project/Area Number: 21K19832
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 62:Applied informatics and related fields
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 下田 真吾 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, ユニットリーダー (20415186)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 島津 智一 埼玉医科大学, 医学部, 客員講師 (10322413) ; 安 ち 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (70747873) ; 岡島 正太郎 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, 研究員 (90846544) ; 上田 彩子 日本女子大学, 人間社会学部, 准教授 (40582416)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2021: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: 片頭痛 / ウェアラブル計測 / 血中CGPR濃度 / 筋電位 / Wearableセンサ / Daily Health Logging

Outline of Research at the Start

筋活動は，日常生活の中で計測可能な生体信号であり，また神経系の最終出力でもあるため，筋活動を神経系の窓として活用する可能性を探るのが本研究の目的である本研究では，片頭痛患者を対象に頭痛発作と疼痛筋電の関係を明らかにすることで，片頭痛発作メカニズムを解明し，投薬タイミング調整するシステム開発を具体的な目標とし，筋活動解析から神経活動を推定することが，疾患原因の究明や定量化に有用であることを示す．

Outline of Annual Research Achievements

本年は，片頭痛のWearable計測デバイスを開発し，実際の片頭痛患者16名の計測を進めた．開発した計測機器は，僧帽筋上部繊維，肩甲挙筋，胸鎖乳突筋といった首周辺の筋活動と，気圧，加速度が計測できるものである．モバイルバッテリーを用いて，3日ほど連続して計測が可能であり，使用者のEffortを最小限にとどめるものとした．一名につき，2週間-1か月程度の計測を行い，片頭痛発作が5-10回程度計測中に起こることが確認された．
計測された筋活動データの振幅及び周波数成分に基づく解析を進めることで，片頭痛発作が起きやすいリズムを見出すための変数を提案し，学会での発表を行った[1]．また，その筋電の変化と，片頭痛発作のトリガーになると考えられている大脳基底核の活動の変化の関連性を，Meta-analysisにより明らかにした．大脳基底核の活動変化によりセロトニンの値に変化が生じ，そのことで三叉神経が刺激されて血中CGRPが増加し，筋活動にも影響を与えるというモデルである．
このモデルに基づいて，筋活動解析を進めることで，片頭痛発作が起こりやすいタイミングと起こりにくいタイミングが周期的に変動しており，それに加えて気圧の変化や強烈な光刺激など，個々人の特性に応じた片頭痛容認がかぶることで，起きやすいタイミングでは弱い刺激でも片頭痛にあり，片頭痛になりにくいタイミングでは強い要因刺激が片頭痛発作を引き起こす可能性があることが示唆されたい．
[1] 岡島正太郎他， “ウェアラブルデバイスを用いた日常生活の頸部表面筋電の計測による片頭痛発作予測の検討”，第40回日本ロボット学会学術講演会予稿集，2022

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

想定通りの患者の計測を進められており，また計測データの解析でも非常に興味深い結果が出てきており，対外的な発表も進めている．また，これらの結果から新たな共同研究も進みつつあるため，当初の計画通りもしくはそれ以上に順調に推移していると考えている．

Strategy for Future Research Activity

今後は，計測対象を広げつつ，片頭痛発作前に適切な行動をとれるように片頭痛発作の起こりやすさを定量化するシステムを開発するともに，片頭痛発作委に至るメカニズムのさらなる解析を進めていきたい．

Research Products

• [Presentation] ウェアラブルデバイスを用いた日常生活の頸部 表面筋電の計測による片頭痛発作予測の検討 (2022)
  • Author(s): 岡島 正太郎
  • Organizer: 日本ロボット学会学術講演会