Implantable device to control nerve network activation reinnervation for reconstruction of functional motion

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K21944
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 20:Mechanical dynamics, robotics, and related fields
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Hasegawa Yasuhisa 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70303675)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 竹内 大 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (20713374) ; 青山 忠義 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (00569337)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2021-03-31
• Keywords: 生体内埋込装置 / フレキシブルマイクロ電極 / 機能的電気刺激 / 機能的運動再建

Outline of Final Research Achievements

In this study, a wirelessly powered multi-channel neurostimulator was developed with the purpose of applying selective FES to peripheral nerves: the peroneal nerve and the tibial nerve in a rat. The neurostimulator was designed that power could be supplied wirelessly, from a transmitter coil to a receiver coil. The receiver coil was connected to the peroneal and tibial nerves in the rat. The stimulation of the nerves was switched according to the frequency of the transmitter signal. Dorsal/plantar flexion of the rat ankle joint was selectively induced by the developed neurostimulator. The rat ankle joint angle was controlled by changing the stimulation electrode and the stimulation current using a visual feedback control system.

Free Research Field

ロボット工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

事故などにより末梢神経を損傷した際、損傷の部位や程度によって治療が困難となり、運動機能や感覚能力が低下または喪失する。本研究では、研究協力者の平田らが有する麻痺した骨格筋への神経ネットワーク再支配技術を用いて、末梢神経を人工的に電気刺激することによる機能的な運動の再建を行っている。本手法では、神経刺激による筋運動の生成を行うことで、低い刺激強度によって複数の筋活動を選択的かつ精密に制御することが可能である点に学術的意義がある。また、本研究は従来有効な治療法がなかった下位運動ニューロン障害に対する新たな治療法を提案するものであり、その実現には社会的にも大きな意義を有する。