2017 Fiscal Year Annual Research Report
Rehabilitation for postural/movement impairments using sensory intervention
| Project Area | Understanding brain plasticity on body representations to promote their adaptive functions |
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| Project/Area Number |
26120008
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
芳賀 信彦 東京大学, 医学部附属病院, 教授 (80251263)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
花川 隆 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター, 脳病態統合イメージングセンター, 部長 (30359830)
大脇 大 東北大学, 工学研究科, 助教 (40551908)
横井 浩史 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (90271634)
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| Project Period (FY) |
2014-07-10 – 2019-03-31
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| Keywords | 感覚入力 / リハビリテーション / 筋シナジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、筋シナジー制御dynamics の理解を通じて、革新的身体性リハビリテーション科学を開拓することであり、平成28年度末までに、本領域の他研究班と連携して動作計測または筋電図計測による筋シナジー測定の解析法と解析システムを整備し、実際の計測を開始した。
平成29年度中には、芳賀・四津グループは、大脇・舩戸グループと共同し、先天性無痛症患者を対象に歩行時の筋シナジー計測、感覚代償装具を用いた介入の即時効果の検討を昨年度に引き続き行った。花川グループは、安静時機能結合MRIのpreprocessingにおいて歪み補正を行うことで、default mode network (DMN)の検出が上がることを示した。またパーキンソン病様の歩行障害を示す特発性正常圧水頭症の安静時機能結合MRIの機械学習解析を行い、歩行障害の程度を左右間の機能結合が予測できることを示すとともに、同疾患の症状である認知障害および排尿障害の程度の予測にも成功した。さらにパーキンソン病で、運動実行・運動想像だけでなく暗算の速度が低下していることを行動実験で示し、その責任回路が前頭葉基底核視床並行回路であることを示した。横井・杉グループは、脳卒中による筋シナジー制御異常の機能的電気刺激を用いた研究を担当し、手指のリハビリテーションを想定して目標とする手指姿勢を実現できるような刺激パターンを高速に探索する手法、上腕のリハビリテーションを想定して，大きな発揮筋力を誘発できる刺激波形、を主に研究しそれぞれ有効性の検証を行った。大脇・石黒グループは、重度の感覚障害を呈する片麻痺患者2名に対して、 Auditory Footによる音フィードバック介入を実施し、歩行中のストライド長の上昇、麻痺側下肢に対する身体性注意量の上昇を確認した。
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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
芳賀・四津グループは、先天性無痛症の歩容異常の背景に筋シナジー制御の異常があるかを捉え、痛覚に代わる感覚介入をすることで筋シナジー制御や歩容を改善できるかを検証することを目的に、大脇・舩戸グループと協力し、動作解析・筋シナジー解析を同時に行い、１名の患者で感覚代償装具による運動学的な改善，筋シナジーの改善，足圧のピーク値低下を確認し、さらにリクルートした患者のデータ解析を進めた。
花川グループは、楽器奏者に見られる局所性ジストニアを対象とし，健常者と異なる安静時機能結合ネットワークを検出し、また機能的MRIの所見と症状の相関を明らかにした。また安静時機能結合MRIにおける歪み補正の有用性、特発性正常圧水頭症の安静時機能結合MRIの機械学習解析などを進めた。さらにパーキンソン病における症状と責任病巣の研究を進めた。
横井・杉グループは、機能的電気刺激による筋シナジー制御への介入を可能にするため、多点電極と二相性バースト変調矩形波とに基づくシステムの開発を進め、さらに脳卒中による筋シナジー制御異常の機能的電気刺激を用いた研究として、上肢のリハビリテーションを想定した適切な刺激パターンの有効性を検証した。
大脇・石黒グループは、足底圧感覚を音情報としてフィードバックする感覚モダリティ変換装具を用い、片麻痺患者の歩行に対する短期および長期効果臨床効果を検討し、歩行中のストライド長の上昇、麻痺側下肢に対する身体性注意量の上昇を確認した。さらに先天性無痛症を対象とした計測に関し、芳賀・四津グループに協力した。
このようにグループ内、グループ間での研究協力体制が整い、それぞれの目標をほぼ計画通りに実行することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度は本研究の最終年度に当たるため、当初の本研究の目的である、（１）固有知覚障害、脳卒中、神経疾患による運動障害患者、並びに健常者に共通の運動課題を課し、筋電図や脳機能画像測定を通じて、運動障害における筋シナジー制御器の機能を反映する脳内身体表現マーカーを同定する、（２）失われた固有知覚を別感覚で代替する装具、機能的電気刺激や局所麻酔薬による筋固有知覚の変更など、筋シナジー制御fast dynamics を変える感覚入力がslow dynamics を長期的にどのように変えるかを解明する、（３）医工連携により構成される筋シナジー制御器の数理モデルを活用し、運動障害の機能回復を効率的に導く新規リハビリ手法を提案し検証する、の3つを達成すべく、構築された研究協力体制を維持・発展しつつ、29年度までに蓄積したデータの解析を中心に研究を進める予定である。
芳賀・四津グループは先天性無痛症を中心とした、下肢に感覚障害を有する患者を対象にすでに計測したデータの解析を進め、大脇・石黒グループと協力し、感覚入力を代償するような靴や装具の適切な設定を検討する。花川グループは、パーキンソン病、局所性ジストニアを主たる対象とし、機能的MRIや安静時機能結合MRIを用いて蓄積したデータの解析を進める。横井・杉グループは、平成28年度までに構築したシステムを用いて、脳卒中片麻痺患者を対象に蓄積した計測データの解析を進めることで、脳卒中患者の筋シナジー制御の異常を明らかにする。大脇・石黒グループは、実際の計測結果に基づき、感覚モダリティ変換装具の適切な条件設定を検討し、必要に応じて改良を重ね、他グループの研究での試用を継続する。
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