Study on high safety human interface based on measurement of cerebrovascular and brain function during transient cerebral hypoperfusion

• Project/Area Number: 21KK0180
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 61:Human informatics and related fields
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 石橋 圭太 千葉大学, デザイン・リサーチ・インスティテュート, 准教授 (40325569)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 赤間 章英 前橋工科大学, 工学部, 助教 (00847733) ; 元村 祐貴 九州大学, 芸術工学研究院, 助教 (50645273)
• Project Period (FY): 2021-10-07 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥18,980,000 (Direct Cost: ¥14,600,000、Indirect Cost: ¥4,380,000); Fiscal Year 2026: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2025: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2024: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2022: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: ヒューマンインタフェース / 脳機能 / 脳血管機能 / MRI / 起立性循環調節

Outline of Research at the Start

本研究は，立ちくらみ様の一過性の脳血流低下時に脳血管機能と脳機能がどのように変化するのかをMRIを用いて明らかにする国際共同プロジェクトである。脳機能が十全に保たれていない状態での変化を明らかにすることで，ヒューマンエラーにつながる潜在的な要因を見出し，より安全性の高いヒューマンインタフェースを考察することを目的としている。一過性の脳血流低下を引き起こす手法として，簡便に高い再現性で脳血流の低下させることが可能な正弦波下半身陰圧負荷(SLBP)を用いる。本研究は，SLBP時の核磁気共鳴画像(MRI)を測定する初めての国際共同研究である。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，より安全性の高いヒューマンインタフェースを考察するために，立ちくらみ様の一過性の脳血流低下時の脳血管・脳機能の変化に注目し，ユーザーの脳機能が十全に保たれていない状態における，ヒューマンエラーにつながる潜在的な要因を明らかにする方法論を確立する。本課題では簡便に高い再現性で脳血流の低下させることが可能な正弦波下半身陰圧負荷（SLBP）を用い，SLBP時に脳血管・脳機能がどのように変化するのかをMRIを用いて明らかにする。本課題は国際共同研究として，海外の研究協力者の施設にてMRIによる測定を行う。
2023年度は，海外の研究協力者の所属であり，実験実施場所となるオランダのTwente大学への機材輸送の手続きが主な内容となっていた。秋に来日した海外の研究協力者と，輸送前の実験機材の構成等の最終確認を行った。その後，非該当証明等，輸出規制関連書類の取得を行い機材の発送となったが，これらに想定以上に時間を要し，実際の発送は次年（2024年）度の4月に持ち越された。しかしながら，これらは海外に市販品ではなく独自の実験機材を持ち込み研究を行う際のプロセスを把握するという点で，今後の研究にもつながる作業内容であった。
また，実験に使用するために当初購入予定であった，カフ式血圧計（MRI対応）については，海外の研究協力者と測定プロトコルの再検討を行っている関連で購入がペンディングとなっている。なお，MRI測定時に被験者に呈示する予定のタスクに対する反応がSLBP時にどのような影響が現れるかについては，国際会議にて発表し情報共有を行った。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

実験機材の現地への発送するために必要な非該当証明等，輸出規制関連書類の準備に想定以上に時間がかかったため，実際の機材の発送は次年（2024年）度の4月に持ち越された。これは市販品ではなく独自の実験機材を海外へ持ち出す際には想定しておくべきプロセスであったとも考えられるが，今後同様の研究を行う際の参考となった。

Strategy for Future Research Activity

2024年度は，現地に送った機材の動作確認を行い測定プロトコルを確定する。このプロセスをとおして次年度に代表者が現地に長期滞在し測定するための基盤を整える。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Twente(オランダ)
• [Int'l Joint Research] University of Twente(オランダ)
• [Presentation] Effect of transient cerebral hypoperfusion on event-related potentials for spatial stimulus-response compatibility (2024)
  • Author(s): Keita ISHIBASHI
  • Organizer: The Aerospace Medical Association’s 94th Annual Scientific Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 重力ストレスを考える (2023)
  • Author(s): 石橋圭太
  • Organizer: 日本生理人類学会第84回大会シンポジウム「ストレスを考える」人類学関連学会五学会合同公開シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Design and fabrication of an MR-compatible lower body negative pressure chamber (2022)
  • Author(s): Keita Ishibashi, Takahide Akama
  • Organizer: The 15th International Congress of Physiological Anthropology（Oregon）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 下半身陰圧負荷を用いた起立性循環調節に関する研究 (2022)
  • Author(s): 石橋圭太
  • Organizer: 日本生理人類学会2021年度学会各賞受賞講演会（オンライン）
  • Invited