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2023 Fiscal Year Research-status Report

Investigation of the respiratory system for improvement of sleep-wake state classification

Research Project

Project/Area Number 21K12811
Research InstitutionTohoku Institute of Technology

Principal Investigator

辛島 彰洋  東北工業大学, 工学部, 教授 (40374988)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Keywords睡眠 / 睡眠-覚醒ステージ判定 / 簡易分析 / 呼吸 / ウェアラブルデバイス
Outline of Annual Research Achievements

睡眠の質が下がると認知機能や免疫機能などさまざまな身体機能が低下することから、日常的に睡眠ステージを把握することは重要と考えられている。睡眠ステージ判定で一般的に利用される脳波・筋電図と比較して、呼吸は簡便に測定できることから、呼吸信号を睡眠ステージ判定に利用する試みが過去に報告されている。しかしながら、睡眠時の呼吸ダイナミクスには個人差があり、睡眠ステージ判定精度は高くないことから判定方法としては普及していない。本研究では、呼吸ダイナミクスに個人差が生じる原因を特定し、個人差を低減する手法を確立することを目指している。
2023年度は、6人を対象として、仮眠時(昼寝時)の呼吸測定・ポリグラフ測定を新たに行った。さらに、5名を対象とした夜間睡眠時の測定も実施した。呼吸測定においては、昨年度から引き続き腹部呼吸運動を測定しただけでなく、気流測定および手首や腕部の呼吸運動の測定も追加で行った。この追加により、精度の高い呼吸情報が得られたとともに、簡易的に呼吸を測定する手法に関して検討できた。寝室環境が睡眠に与える影響を調べるために、被験者の寝室環境(室温、湿度、二酸化炭素濃度)の測定もあわせて行った。
寝室環境と睡眠との関係を長期間にわたって調べるために、手首に装着したウェアラブルデバイスを用いた活動量・呼吸測定および寝室環境の測定も行った。季節や気候による睡眠への影響を調べるために、連続した2か月間の記録を約半年のインターバルを経て2度行った。10名の測定を終了すでにし、2024年度には残りの2名の実験を行う。
これまで収集したデータに関して予備的な解析を実施した。その結果、手首に装着した測定器で記録した呼吸ダイナミクスからノンレム睡眠とレム睡眠を判別できることを示唆する結果が得られたので、日本睡眠学会等で報告した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

夜間睡眠時の呼吸測定・ポリグラフ測定に関しては20人程度の被験者を対象にすると計画していたが、2023年度までに18名のデータを取得しており、残り2名となった。また、専用の脳波室での仮眠実験も20人程度の被験者を対象とする計画であったが、2023年度までに17人の測定が終わっている。さらに、元々は計画していなかった個人内の変動に注目した長期間(1人あたり4か月間)の呼吸簡易測定を現在行っている。
これまでの成果は、申請者または申請者の研究室の大学院生が、日本睡眠学会、電子情報通信学会MEとバイオサイバネティックス研究会などで発表を行った。この発表を行った大学院生は、電気学会優秀論文発表賞および電子情報通信学会東北支部学生優秀発表賞に選出されたことから、良い成果が出ていると考えられるので、(2)を選択した。

Strategy for Future Research Activity

前述したように、計画していたデータのほとんどを取得できたので、残りの測定を計画的に行う。また、これまで取得してきた呼吸ダイナミクスや寝室環境を考慮した睡眠-覚醒判定モデルを作成中であり、その結果を本年7月に実施される日本睡眠学会において報告する。

Causes of Carryover

これまでほぼ計画通り進めることができたが、2023年度は大学内の業務や学会運営等の多忙により、研究が若干遅れてしまったために、次年度使用額がわずかではあるが生じた。今年度分の助成金とあわせて、実験で使用する消耗品(電極等)の購入、実験に協力していただく被験者に支払う謝金に充てる。また、解析補助として本研究に協力する大学院生への謝金にも研究費を使用させていただく。

  • Research Products

    (7 results)

All 2024 2023

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 3 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] Serotonergic regulation of cortical neurovascular coupling and hemodynamics upon awakening from sleep in mice2024

    • Author(s)
      Natsubori A., Kwon S., Honda Yoshiko., Kojima T., Karashima A., Masamoto K., Honda M.
    • Journal Title

      Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1177/0271678X241238843

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 腕時計型ウェアラブルデバイスを用いた呼吸計測手法に関する研究2024

    • Author(s)
      安倍 凜生, 辛島 彰洋
    • Journal Title

      Eos : 地域連携センター・研究支援センター紀要

      Volume: 36 Pages: 61-67

    • Open Access
  • [Journal Article] Contribution of default mode network to game and delayed-response task performance: Power and connectivity analyses of theta oscillation in the monkey2023

    • Author(s)
      Kodama T., Kojima T., Honda Y., Hosokawa T., Karashima A., Watanabe M.
    • Journal Title

      Neuroscience Letters

      Volume: 814 Pages: 137465~137465

    • DOI

      10.1016/j.neulet.2023.137465

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] ウェアラブル加速度センサを利用した睡眠時呼吸計測システムの作製2023

    • Author(s)
      安倍凜生, 辛島彰洋
    • Organizer
      電子情報通信学会 MEとバイオサイバネティックス研究会
  • [Presentation] 光学的手法による呼気アセトン濃度リアルタイム測定システムの検討2023

    • Author(s)
      辛島彰洋, 渡部聡大, 佐野史歩, 及川拓巳, 村松友翔, 丸尾容子
    • Organizer
      電子情報通信学会 MEとバイオサイバネティックス研究会
  • [Presentation] 手首・腕部に装着した加速度センサを用いた呼吸測定における装着部位および睡眠状態の影響2023

    • Author(s)
      安倍凜生, 阿部栞奈, 曲星潮, 森山諒大, 長田真優, 辛島彰洋
    • Organizer
      日本睡眠学会第45回定期学術集会・第30回日本時間生物学会学術大会合同大会
  • [Presentation] 睡眠時における手首・腕部呼吸運動の測定2023

    • Author(s)
      安倍凜生,長田真優,曲星潮,森山諒大,辛島彰洋
    • Organizer
      令和6年東北地区若手研究者研究発表会

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Published: 2024-12-25  

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