Analysis of Electromyograph to estimate the Onset Time of the Migraine Attacks

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K19832
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 下田 真吾 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, ユニットリーダー (20415186)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 島津 智一 埼玉医科大学, 医学部, 客員講師 (10322413) ; 安 ち 九州大学, システム情報科学研究院, 准教授 (70747873) ; 岡島 正太郎 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, 研究員 (90846544)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: 筋電位 / 片頭痛 / Wearableセンサ

Outline of Annual Research Achievements

筋活動は，筋電位信号(EMG)として日常動作の中でも計測可能な数少ない生体信号であり，また我々の動きや感覚，情動や思考までを途切れることなく制御する神経系の，最終出力の一つである．そのため筋活動を，日常生活の中で神経活動状態を推定し，モニターするための「神経系の窓」として活用する可能性を探るのが本研究の目的である．対象として，片頭痛患を取り上げ，その発作タイミングを頸部筋活動から同定し，服薬タイミングを提示可能なシステム開発を目的とする．
2021年度は，片頭痛患者計測のための倫理申請を行い実験開始の準備を整えると共に，計測のためのデバイス開発を行い，7名の片頭痛患者の計測を行った．デバイス開発では，被験者のUserability向上のため，3日間は充電することなく，2000Hzで筋電位の連続計測が可能な，乾式電極を用いたデバイス作成を行い，予備実験により目的通りの連続計測が可能であることが確かめられた．
作成したデバイスを利用し，片頭痛患者の計測を行うことで筋活動の特徴を見出す実験を進めている．これまでに7名の患者の筋活動データを，各平均10日で取得した．これまでの研究では，筋電位は，数十秒から数分程度取得して解析するものが多く，数日にわたるデータを用いた研究はほとんどない．
これまでの解析では，片頭痛患者は平常時の筋活動が活発であることが示唆されているが，長期観測に対する筋活動解析に対する知見は少ないため，今後適切な計測手法を検討していく．

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究では，医療機関と協力し患者計測を進めるているが，今年度は倫理申請を済ませ，また必要なデバイスの開発も順調に進み，目標人数の半分程度の計測を行うことができたため，おおむね順調に推移しているといえる．
ただ，実際にデバイスを使用した被験者より，デバイスの重量などの問題点の指摘も出ており，今後デバイスの改良も行いながら実験を継続していく予定である．また，筋電位の解析でもいくつか重要なポイントが見えてきており，今後解析手法を改良しながら研究を進めていく予定である．

Strategy for Future Research Activity

今後の研究の進め方のポイントは，次の3点である．
1．適切な筋電位解析手法の確立, 2．計測実験の継続, 3．デバイスの改良
今回取得する筋電位は，数日間にわたるもので，これほど長期間の連続計測が試みられたことはほとんどなく，最適な解析手法を構築する必要がある．それをともに，筋活動から生体リズムと片頭痛の関係などが解明される可能性があり，解析の方向性も含め，十分な議論が必要である．
解析の方向性・手法を検討することで，計測実験の重要性も大きく変わってくる．これまでは片頭痛発作が起きるタイミングを重視していたが，生体リズムの重要性が解明されれば実験を始めるタイミング等を最適なものにすることも検討していかなければならない．解析結果を見ながら，今後の計測計画も検討していきたい．
デバイスの改良は，重量と装着のしやすさに改良の余地がある．作成したデバイスはWearable機器であるため，その重量が被験者から多く指摘される．重さの大部分はバッテリーであるため，使用期間を短くし全体の軽量化を図ることも検討する．また，解析により計測が必要な筋が特定されれば，装置全体を小型化することも検討する．これらの検討を加えつつ，2022年度には必要な計測を完了する予定である．

Causes of Carryover

デバイスの設計が，想定以上に順調に進んだためその資金を来年度の改良に回すことで，より効果的実験を進めることを計画している．したがって，来年度はより良いデバイスを用いて実験を行えると考えている．