Restoration of self body control by implantable FES and BMI

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21F21781
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 平田 雅之 大阪大学, 大学院医学系研究科, 特任教授(常勤) (30372626)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): FORTUNE BENJAMIN 大阪大学, 医学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2021-11-18 – 2024-03-31
• Keywords: ブレインマシンインターフェース / 機能的電気刺激 / 体内埋込み / 機能再建

Outline of Annual Research Achievements

埋込FES用刺激電極の開発に関して、神経束に損傷なく安全に固定でき、神経束を選択的に多点刺激でき、長期間安定して刺激できることを目標に、埋込FESに至適な電極を開発した。神経束に巻き付けるようにして装着し、3極刺激にて微細な電気刺激が可能な構造とした。
埋込FESの手術手技に関して、腕神経叢・馬尾に効果的に刺激電極を留置するための手術手技を開発した。上肢では上肢痙縮の治療に用いられる筋皮神経縮小術の手術手技を参考に、腕神経叢の近位測で正中、橈骨、尺骨、筋皮、腋下の各神経に単一のアプローチで到達できることを動物実験にて確認した。下肢は通常の腰椎後方アプローチで馬尾レベルの露出ができることを確認した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

特任研究員が研究を実施するための、研究費として新たに基盤研究Aを申請した。
埋込FES用刺激電極の開発に関して、神経束に損傷なく安全に固定でき、神経束を選択的に多点刺激でき、長期間安定して刺激できることを目標に、埋込FESに至適な電極を開発できた。
埋込FESの手術手技に関して、腕神経叢・馬尾に効果的に刺激電極を留置するための手術手技を開発した。上肢では上肢痙縮の治療に用いられる筋皮神経縮小術の手術手技を参考に、腕神経叢の近位測で正中、橈骨、尺骨、筋皮、腋下の各神経に単一のアプローチで到達できることを動物実験にて確認できた。下肢は通常の腰椎後方アプローチで馬尾レベルの露出ができることを確認できた。

Strategy for Future Research Activity

基盤研究Aとの共創により、さらに研究の推進を加速させる。
1) 埋込FES用刺激電極の開発：近位末梢神経に損傷なく安全に固定でき、神経束を選択的に多点刺激でき、長期間安定して刺激できる電極を開発する。また長期実験のための経皮電極コネクタを開発する。
2) 埋込FESの手術手技の確立：電極の留置・固定方法、刺激また近位末梢神経において運動枝と感覚枝を判別・分離する手法を開発する。
3) 腕神経叢・馬尾FESによる選択的筋制御法の開発：近位末梢神経をさらに選択的に電気刺激した際に誘発される筋収縮反応を同定することにより、肩、肘、手関節屈曲伸展、手指の屈曲伸展を選択的に筋制御する手法を動物実験により開発する。
4) 腕神経叢・馬尾FESによる機能的筋制御法の開発：四肢の運動は、複数の神経支配により、複数の筋肉が複合的に収縮することにより、機能的な運動が実現される。選択的近位末梢神経刺激を組合せ、神経を複合的に刺激することによって生じる複合的な筋活動の線形性/非線形性等の刺激反応特性を定量的に解析する。この知見にもとづいて複数の近位末梢神経の刺激により生じる複合運動を制御する技術を開発する。