すくみ足のサブタイプとその病態機序に関するシミュレーション研究

Research Project

Project/Area Number	23K16665
Research Category	Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Basic Section 59010:Rehabilitation science-related
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	市村大輔国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 産総研特別研究員 (10901077)
Project Period (FY)	2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000) Fiscal Year 2025: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000) Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Keywords	神経筋骨格モデル / 歩行シミュレーション / すくみ足 / パーキンソン病 / 計算機シミュレーション / 歩行再建
Outline of Research at the Start	「すくみ足」は多くのパーキンソン病患者が発症をし，転倒の主要因として知られている．このすくみ足には様々なサブタイプが存在するが，それらの発症機序は不明な点が多く，具体的な治療に結びつかないのが現状である．そこで本研究では，計算機上にスパイキング神経を有する2次元神経筋骨格モデルを構築し，多彩なすくみ足を再現することで，その発症機序を構成論的に解明する．さらに，当該モデルにおける各神経および筋モデルなどのパラメータを変化させることで，計算機上で運動療法や電気刺激等の模擬をし，すくみ足のサブタイプ別に有効な介入手段を検討・提案する．
Outline of Annual Research Achievements	すくみ足はパーキンソン病や進行性核上性麻痺で多くみられる症状であり、「歩行の開始または歩行中の足底があたかも床面にへばりついたようになり，一時的に歩けなくなる状態」と定義されている。転倒の主たる要因として知られているが、すくみ足の発生機序には不明な点が多く、治療法が未だに確立されていないのが現状である。本研究では計算機上に2次元神経筋骨格モデルを構築し、神経モデルのパラメータを変更することで、すくみ足の発生条件を検証した。具体的には、まず脳幹モデルとして筋緊張制御に関与する脚橋被蓋核（Pedunculopontine nucleus; PPN）と歩行誘発の関与する楔状核（Cuneiform nucleus; CnF）から、下位に位置する脊髄モデルを接続した。このPPNとCnFのパラメータを歩き始めの3秒間のみ変化させ、すくみ足の有無を調べた。4万通りのパラメータの組み合わせから、下腿の加速度を基にすくみ足のみを特定した。これは臨床現場で実際のすくみ足を特定する方法と同じものをシミュレーション結果に適応した。さらに階層的クラスター解析より4つのクラスターが確認できた。これらは、すくみ足出現時において、下肢の震えの有無や前進の有無の特徴を有しており、それぞれ臨床的に報告されているすくみ足のサブタイプを表現しうるものであった。これらの内容は第17回Motor Control研究会で発表をした。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 計画していたシミュレーションは実装しており、シミュレーション結果と障害特徴の結びつきも確認できている。
Strategy for Future Research Activity	成果をまとめ、論文としての報告を予定している。また、実際の臨床現場でも歩行の特徴が確認できるアプリケーションも構築予定である。