Development of MEG-based neuroprosthetic arm and examination of cortical reorganization caused by reconstruction of motor function

• Project/Area Number: 24700419
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Fusional brain recording science
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: YANAGISAWA Takufumi 大阪大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (90533802)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2013: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2012: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: Brain-machine interface / 神経義手 / 脳磁図 / リハビリテーション / neuromodulation / 脳磁図による神経義手制御 / 非侵襲BMI / 重度麻痺患者へのBMI適用 / BMIによる脳可塑的変化 / 電動義手

Research Abstract

In this research, a novel neuroprosthetic arm was developed by acquiring neuromagnetic signals from clinical magnetoencepharography system and analyzing the data to extract motor information online. This system allowed some paralyzed patients to control the arm only by intending to move their paralyzed hand. Actually, the developed neuroprosthesis was applied for the patients with severe paralysis due to brachial plexus root avulsion, amyotrophic lateral sclerosis, stroke and cerebral palsy. The MEG signals were analyzed to extract motor information when the patients intended to move their paralyzed hand. Moreover, after training to use this neuroprosthesis, the brain activities of the patients were modulated to be appropriate for information extraction. These plastic changes suggests that the novel system has potential to be applied for rehabilitation of the severely paralyzed patients.

Research Products

• [Journal Article] Which is the Most Appropriate Disconnection Surgery for Refractory Epilepsy In Childhood? (2013)
  • Author(s): Kishima H, Oshino S, Tani N, Maruo Y, Morris S, Ming Khoo H, Yanagisawa T, Shimono K, Okinaga T, Hirata M, Kato A, Yoshimine T
  • Journal Title: Neurol Med Chir(Tokyo) Volume: 53(11) Pages: 814-20
  • NAID: 10031196793
• [Journal Article] Cerebellar-related long latency motor response in upper limb musculature by transcranial magnetic stimulationof the cerebellum (2013)
  • Author(s): Hosokawa S, Hirata M, Goto T, Yanagisawa T, Sugata H, Araki T, Okamura Y, Hasegawa Y, Shinshi M, Yorifuji S
  • Journal Title: Neuroreport Volume: 25(6) Pages: 353-7
• [Journal Article] Prediction of Three-Dimensional Arm Trajectories Based on ECoG Signals Recorded from Human Sensorimotor cortex (2013)
  • Author(s): Nakanishi Y, Yanagisawa T, Shin D, Fukuma R, Chen C, Kambara H, Hirata M, Yoshimine T, Koike Y
  • Journal Title: PLoS One Volume: 8(8)
• [Journal Article] Prediction of Three-Dimensional Arm Trajectories Based on ECoG Signals Recorded from Human Sensorimotor Cortex (2013)
  • Author(s): Yasuhiko Nakanishi, Takufumi Ynagisawa, Duk Shin, Ryohei Fukuma, Chao Chen, Hiroyuki Kambara, Natsue Yoshimura, Masayuki Hirata, Toshiki Yoshimine, Yasuharu Koike
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: VOL.8 Issue: 8 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0072085
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Regulation of motor representation by phase-amplitude coupling in the sensorimotor cortex (2012)
  • Author(s): Yanagisawa T, Yamashita O, Hirata M, Kishima H, Saitoh Y, Goto T, Yoshimine T, Kamitani Y
  • Journal Title: J Neurosci Volume: 32(44) Pages: 15467-75
• [Journal Article] Regulation of Motor Representation by Phase-Amplitude Coupling in the Sensorimotor Cortex (2012)
  • Author(s): Takufumi Yanagisawa, Okito Yamashita, Masayuki Hirata, Haruhiko Kishima, Youichi Saitoh, Tetsu Goto, Toshiki Yoshimine, and Yukiyasu Kamitani
  • Journal Title: The Journal of Neuroscience Volume: 32(44) Issue: 44 Pages: 15467-15475
  • DOI: 10.1523/jneurosci.2929-12.2012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Neural decoding of unilateral upper limb movements using single trial MEG signals. (2012)
  • Author(s): Sugata H
  • Journal Title: Brain Res Volume: 1468 Pages: 29-37
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2012.05.053
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 麻痺患者における感覚運動野皮質脳波の変化とBMIへの応用 (2012)
  • Author(s): 柳澤琢史
  • Journal Title: 認知神経科学 Volume: 13(3) Pages: 255-260
  • NAID: 10031136830
• [Journal Article] Movement-related neuromagnetic fields and performances of single trial classifications (2011)
  • Author(s): Sugata Hisato
  • Journal Title: Neuroreport Volume: 23(1) Issue: 1 Pages: 16-20
  • DOI: 10.1097/wnr.0b013e32834d935a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrocorticographic control of a prosthetic arm in paralyzed patients (2011)
  • Author(s): Yanagisawa T
  • Journal Title: Ann Neurol. Volume: 4(Epub ahead of print) Issue: 3 Pages: 353-361
  • DOI: 10.1002/ana.22613
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Neuroprosthetic arm using MEG signals of paralyzed patients (2014)
  • Author(s): T. Yanagisawa, R. Fukuma, M. Hirata, K.Matsushita, H. Kishima, Y. Saitoh, R. Kato, T. Seki, H. Sugata, H. Yokoi, Y. Kamitani, T. Yoshimine
  • Organizer: ICCN2014
  • Place of Presentation: ベルリン(口演)
  • Year and Date: 2014-03-20
• [Presentation] BMI神経義手による新たなニューロ・モジュレーション (2014)
  • Author(s): 栁澤琢史、福間良平、平田雅之、齋藤洋一、貴島晴彦、押野悟、菅田陽怜、松下光次郎、神谷之康、吉峰俊樹
  • Organizer: 日本定位・機能神経外科学会
  • Place of Presentation: 大阪国際会議場(口演)
• [Presentation] Neuroprosthetic arm using MEG signals of paralyzed patients (2014)
  • Author(s): Takufumi Yanagisawa, Ryouhei Fukuma, Masayuki Hirata, Kojiro Matsushita, Haruhiko Kishima, Youichi Saitoh, Ryu Kato, Tatsuya Seki, Hisato Sugata, Hiroshi Yokoi, Yukiyasu Kamitani, Toshiki Yoshimine
  • Organizer: Inernational conference of clinicial neurophysiology 2014
  • Place of Presentation: ドイツ、ベルリン
• [Presentation] BMI神経義手による新たなニューロ・モジュレーション (2014)
  • Author(s): 栁澤琢史、福間良平、平田雅之、齋藤洋一、貴島晴彦、押野悟、菅田陽怜、松下光次郎、神谷之康、吉峰俊樹
  • Organizer: 日本定位・機能神経外科学会
  • Place of Presentation: 大阪国際会議場
• [Presentation] 脳磁図によるBCI/BMI (2013)
  • Author(s): 栁澤琢史
  • Organizer: 臨床神経生理学学会
  • Place of Presentation: 高知(口演、脳磁図コンソーシアム(electa主催))
  • Year and Date: 2013-11-07
  • Invited
• [Presentation] Brain machine interfaceによる神経機能の補填と修飾 (2013)
  • Author(s): 栁澤琢史
  • Organizer: 近畿理学療法学術大会
  • Place of Presentation: 京都(依頼講演)
  • Year and Date: 2013-11-03
• [Presentation] リアルタイム脳磁計を用いたBMIによる神経義手制御 (2013)
  • Author(s): 柳澤琢史、福間良平、松下光次郎、平田雅之、菅田陽怜、貴島晴彦、齋藤洋一、シェインモリス、神谷之康、吉峰俊樹
  • Organizer: 日本定位・機能神経外科学会
  • Place of Presentation: 岡山(口演)
  • Year and Date: 2013-01-09
• [Presentation] Real-time prosthetic arm control using MEG signals of paralyzed patients (2013)
  • Author(s): T. Yanagisawa, R. Fukuma, K. Matsushita, H. Kishima, Y. Saitoh, M. Hirata, R. Kato, T. Seki, H. Sugata, H. Yokoi, Y. Kamitani, T. Yoshimine
  • Organizer: Society for neuroscience
  • Place of Presentation: SanDiego(poster)
• [Presentation] 運動機能障害に対する神経義手を用いたニューロフィードバック療法 (2013)
  • Author(s): 栁澤琢史、福間良平、平田雅之、齋藤洋一、貴島晴彦、押野悟、菅田陽怜、松下光次郎、神谷之康、吉峰俊樹
  • Organizer: 日本脳神経外科学総会
  • Place of Presentation: 東京(口演)
• [Presentation] Deteriorated phase-amplitude coupling on sensorimotor cortices of paralyzed patients (2013)
  • Author(s): T. Yanagisawa, O. Yamashita, M. Hirata, H. Kishima, Y. Saitoh, Y. Kamitani, T. Yoshimine
  • Organizer: 日本神経科学会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会議場(口演)
• [Presentation] 運動機能障害患者に対するMEG-BMIによる神経義手の適用 (2013)
  • Author(s): 柳澤琢史、福間良平、平田雅之、貴島晴彦、押野悟、齋藤洋一、菅田陽怜、松下光次郎、シェインモリス、神谷之康、吉峰俊樹
  • Organizer: 日本生体磁気
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター(ポスター)
• [Presentation] Real-time prosthetic arm control using MEG signals of paralyzed patients (2013)
  • Author(s): Takufumi Yanagisawa, Ryouhei Fukuma, Kojiro Matsushita, Haruhiko Kishima, Youichi Saitoh, Masayuki Hirata, Ryu Kato, Tatsuya Seki, Hisato Sugata, Hiroshi Yokoi, Yukiyasu Kamitani, Toshiki Yoshimine
  • Organizer: Society for neuroscience
  • Place of Presentation: SanDiego, USA
• [Presentation] 脳磁図によるBCI/BMI (2013)
  • Author(s): 栁澤琢史
  • Organizer: 臨床神経生理学学会、脳磁図コンソーシアム
  • Place of Presentation: 高知
  • Invited
• [Presentation] Brain machine interfaceによる神経機能の補填と修飾 (2013)
  • Author(s): 栁澤琢史
  • Organizer: 近畿理学療法学術大会
  • Place of Presentation: 京都国際会議場
  • Invited
• [Presentation] 運動機能障害患者に対するMEG-BMIによる神経義手の適用 (2013)
  • Author(s): 柳澤琢史、福間良平、平田雅之、貴島晴彦、押野悟、齋藤洋一、菅田陽怜、松下光次郎、シェインモリス、神谷之康、吉峰俊樹
  • Organizer: 日本生体磁気学会
  • Place of Presentation: 新潟コンベンションセンター
• [Presentation] Electrocorticographic control of a prosthetic arm in paralyzed patients (2012)
  • Author(s): Takufumi Yanagisawa, Masayuki Hirata, Youichi Saitoh, Haruhiko Kishima, Kojiro Matsushita, Tetsu Goto, Ryohei Fukuma, Hiroshi Yokoi, Yukiyasu Kamitani
  • Organizer: BMI OSAKA
  • Place of Presentation: 大阪国際会議場(poster)
  • Year and Date: 2012-10-20
• [Presentation] リアルタイム脳磁計を用いたBMIによる神経義手制御 (2012)
  • Author(s): 柳澤琢史、福間良平、松下光次郎、平田雅之、菅田陽怜、貴島晴彦、齋藤洋一、押野悟、圓尾知之、シェインモリス、影山悠、クーウィミン、後藤雄子、神谷之康、吉峰俊樹
  • Organizer: 日本脳神経外科学会総会
  • Place of Presentation: 大阪国際会議場(口演)
  • Year and Date: 2012-10-17
• [Presentation] Modulation of motor representation by alpha oscillation through phase-amplitude coupling (2012)
  • Author(s): Takufumi Yanagisawa, Okito Yamashita, Masayuki Hirata, Haruhiko Kishima, Youichi Saitoh, Tetsu Goto, Morris Shayne, Toshiki Yoshimine, Yukiyasu Kamitani
  • Organizer: 日本神経科学会
  • Place of Presentation: 名古屋(口演)
  • Year and Date: 2012-09-18
• [Presentation] リアルタイム脳磁計を用いたBMIによる神経義手制御
  • Author(s): 柳澤琢史、福間良平、松下光次郎、平田雅之、菅田陽怜、貴島晴彦、齋藤洋一、シェインモリス、神谷之康、吉峰俊樹
  • Organizer: 第52回日本定位・機能神経外科学会
  • Place of Presentation: 岡山
• [Presentation] Electrocorticographic control of a prosthetic arm in paralyzed patients
  • Author(s): Yanagisawa T, Hirata M, Saitoh Y, Kishima H, Matsushita K, Goto T, Fukuma R, Yokoi H, Kamitani Y
  • Organizer: BMI OSAKA
  • Place of Presentation: 大阪
• [Presentation] リアルタイム脳磁計を用いたBMIによる神経義手制御
  • Author(s): 柳澤琢史、福間良平、松下光次郎、平田雅之、菅田陽怜、貴島晴彦、齋藤洋一、押野悟、圓尾知之、シェインモリス、影山悠、クーウィミン、後藤雄子、神谷之康、吉峰俊樹
  • Organizer: 第71回日本脳神経外科学会学術総会
  • Place of Presentation: 大阪
• [Presentation] Modulation of motor representation by alpha oscillation through phase-amplitude coupling
  • Author(s): Yanagisawa T, Yamashita O, Hirata M, Kishima H, Saitoh Y, Goto T, Morris S , Yoshimine T, Kamitani Y
  • Organizer: 第35回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋
• [Book] ブレインサイエンス・レビュー2014、脳磁計による神経義手のALS患者への適応(栁澤琢史、編集(公財)ブレインサイエンス振興財団) (2014)
  • Author(s): 廣川信隆
  • Publisher: クバプロ
• [Book] ブレインサイエンス・レビュー 2014 (2014)
  • Author(s): 栁澤琢史
  • Total Pages: 19
  • Publisher: クバプロ
• [Remarks] 公開シンポジウム 平成25年2月1日、学術総合センター、第5回脳プロ公開シンポジウム「基礎研究が支える脳科学」にて「日本の特長を活かしたBMIの統合的研究開発」に関するポスター受賞
• [Remarks] 平成25年4月16日 平成25年度 科学技術分野の文部科学大臣表彰若手 科学者賞受賞、麻痺患者の皮質脳波による神経義手の開発、栁澤琢史 受賞
• [Remarks] 平成25年1月18日、大阪大学総長表彰、"日本医師会医学研究奨励賞"受賞に関連して、栁澤琢史 受賞
• [Remarks] 2013年6月25日、日本経済新聞夕刊 現場百景 報道
• [Remarks] 2013年4月11日、朝7:20-7:30, NHK総合テレビ、おはよう日本「けさのクローズアップ」コーナー 報道
• [Remarks] 2012年4月10日掲載、朝日新聞、「脳波を感知義手やマウス動かせたら…」 報道
• [Remarks] 「ブレイン・マシン・インターフェースを用いた脳機能再建の研究」
  • URL: http://www.nsurg.med.osaka-u.ac.jp/school/research/research.html