| Project/Area Number |
23K27934
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| Project/Area Number (Other) |
23H03244 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 59010:Rehabilitation science-related
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| Research Institution | Nagoya City University |
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Principal Investigator |
野嶌 一平 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 教授 (20646286)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
美馬 達哉 立命館大学, 先端総合学術研究科, 教授 (20324618)
植木 美乃 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 教授 (40467478)
宇野 光平 名古屋大学, 医学系研究科(保健), 助教 (50873585)
松井 佑介 名古屋大学, 医学系研究科(保健), 准教授 (90761495)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥19,110,000 (Direct Cost: ¥14,700,000、Indirect Cost: ¥4,410,000)
Fiscal Year 2026: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2025: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2023: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000)
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| Keywords | 脳筋ネットワーク / 歩行 / 筋シナジー / 聴覚リズム刺激 / パーキンソン病 |
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| Outline of Research at the Start |
歩行機能の向上を目指す従来のリハビリテーション(リハ)介入では、筋力や可動域といった構造的な問題の解決を目指した介入が主に行われていた。一方で、歩行を制御する脳や筋の協調的な機能への介入も重要であるが、これらのネットワーク間の相互的関係性と歩行機能の関係性は十分にわかっていない。本研究では、歩行中の脳筋ネットワーク評価を確立するとともに、ネットワーク構造を基盤とした全く新しいリハ介入の開発を行い、歩行機能向上に向けた新しいリハ介入の確立を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
歩行時の脳―筋間メタ・ネットワークを評価するために、健常若年者27名および高齢者10名を対象として、歩行中の脳活動および筋活動を計測した。さらに、歩行のリズムや速度といった歩行パラメーターに関連する脳および筋のネットワークを抽出することを目的として、独自の解析アルゴリズムを開発した。特に筋ネットワークの解析においては、筋同士の結合関係を解剖学的観点から捉えることにより、骨格筋システムおよび筋シナジーの構造を集団レベルで解析可能な手法を構築した。筋シナジー解析については、統計学的な確率近似モデルを用いることで、安定した推定を実現しており、その精度の高さが報告されている（Matsui, Nojima, 2024）。
脳―筋間の連結性に関しては、皮質筋コヒーレンス解析を用いて歩行周期ごとの脳―筋間連結性を定量的に評価している。歩行時における脳および筋活動の区間抽出では、被験者ごとに信号特性が異なるため、ウェーブレット変換に基づくコヒーレンス解析を適用し、解析の信頼性を向上させた。
加えて、聴覚リズム刺激を付加することで、筋シナジー構成コンポーネント間における特定の筋ペアのコヒーレンスが増加する傾向が観察されており、これは聴覚刺激が歩行制御機構に影響を与える可能性を示唆している。今後は、若年者と高齢者間の比較分析や、神経疾患を有する患者群における脳―筋連結性と歩行運動機能との関連メカニズムの解明を進めていく予定である。
臨床研究としては、パーキンソン病および脊髄小脳変性症患者を対象とした歩行データを収集し、歩行機能の変化と脳―筋ネットワークの関係性を縦断的に評価している。さらに、疾患特異的に破綻した脳―筋ネットワークを調整する、安全かつ有効な介入手法の開発を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
解析プラットフォームの開発が完了し、健常若年者、健常高齢者、有疾患者における歩行データの収集が進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在、歩行リズムに同期した聴覚リズム刺激によって脳―筋ネットワークを調整する試みに関する論文を投稿準備中である。この研究では、外部からの感覚刺激、特にリズム聴覚刺激が歩行中の脳活動および筋活動に与える影響に着目し、神経ネットワークの連結性や筋間協調（筋シナジー）に対する調整効果を検証している。これにより、非侵襲的かつ個別最適化された歩行介入法の確立を目指している。さらに、パーキンソン病をはじめとする中枢神経疾患を有する歩行可能な患者の歩行データを収集・解析し、疾患特異的な歩行異常の神経学的基盤を明らかにすることを目的としている。特に、脳―筋間ネットワークの特徴量を抽出および定量化を実施することで、これまで視覚的・主観的に評価されてきた歩行機能に対し、より客観的かつ再現性のある指標を提示することが可能になると期待される。
また、歩行というダイナミックな全身運動を、大規模な神経ネットワーク構造の一部として捉える視点から、異常ネットワークを抽出・評価する解析技術の開発も進行中である。今後は、得られた神経指標をもとに、リアルタイムで異常を検出・判断し、個々の状態に応じて刺激量やタイミングを自動的に最適化できる「閉ループ型制御システム」の開発を進めていく。これにより、歩行障害の早期検出および予防的介入が可能となり、リハビリテーション分野における新たな治療戦略の基盤構築に寄与することが期待される。
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