2021 Fiscal Year Annual Research Report

電流刺激下での脳波計測法並びに効果的な経頭蓋交流電流刺激法の開発

Research Project

Project/Area Number	20J21646
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	原彰良大阪大学, 情報科学研究科, 特別研究員(DC1)
Project Period (FY)	2020-04-24 – 2023-03-31
Keywords	電流刺激 / 頭部電流経路 / 生体計測
Outline of Annual Research Achievements	初年度では，電流経路の特定を行うこと，電流経路を設計することに重きを置き，研究を実施した．その結果，電流経路の特定が計画当初に想定していたよりも重要な課題であることが明らかになってきた．それを踏まえ，当該年度では計画では電流刺激に対する神経活動の引き込み現象モデル化や計測手法の開発を中心としていたところを，電流経路の設計法並びに電流経路の3次元化を行うことを重点とすることへと計画を変更し，研究に取り組んだ．刺激電流経路の設計法では，初年度の手法に加え，これまで空間方向の設計を中心に考えていたことに対し，時間方向に設計余裕があることに着目し，新たな電流経路設計手法を提案し，前庭電気刺激を用いた身体応答として検証を行った．その結果，提案した経路設計手法に基づいて電流刺激を与えると，設計通りの経路に電流を流した際に生じる身体応答が確認された．また，初年度に提案した手法について議論と実験の精密化を行い，学会発表並びに論文投稿，特許申請を行った．電流経路の特定については，初年度に行った周波数応答に加え，3次元立体としての頭部に電気抵抗網を用いて表現される電流経路モデルを拡張するための考察を行った．さらに，電流刺激下での生体信号を計測する手法として，新たな手法についても考案した．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初の計画では，電流刺激下における脳活動計測を実現するための計測技法を開発することを最優先課題として考えていた．しかし，初年度にコロナウイルス感染に基づいた社会的情勢による研究への影響から，在宅状況で研究を継続することができる頭部における電流経路推定問題に取り組んだところ，電流経路を明らかにすることが電流刺激下における脳活動計測を実現する前段階として必要であることがわかってきた．そこで，全体の研究計画を頭部の電流経路の特定並びに頭部での電流経路を外部から設計可能な設計論を実現する各種刺激手法を構築することを中心として2021年度の研究に取り組んだ．その結果，電流経路としては頭蓋骨孔を中心とした経路が電流の主な流入流出経路となっていることがわかってきた．また，これまでの電流刺激設計の1次近似モデルとしてのインピーダンス網モデルの3次元拡張モデルについても考案した．上記の電流経路に関する研究の結果に基づき，電流を経路を外部から操作する上限として，頭蓋骨孔の配置に基づいた電流の流入点・流出点の設計と外部にインピーダンス網を配置することによる頭部の相対インピーダンスの操作による電流経路の変更，ローレンツ力に基づいた磁気と電流の干渉現象に基づいた局所的経路変更手法，時間方向にある設計余裕を用いた時空間経路設計手法を考案した．
Strategy for Future Research Activity	本年度では，前年度までの研究にて考案された各手法並びにモデルの精密化を行う．これにより，各研究結果を有機的に接続し，頭部の電流経路をインピーダンス網として捉えた際の電流経路モデルとそれに基づいた電流刺激手法を一つの設計論としてまとめる．また，これらの結果をまとめたのち，電流経路モデルの性質に基づいた電流刺激下での脳活動計測技法の開発を行いつつ，電流刺激による神経への作用モデルを，血行反射に着目して考案する予定である．