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2013 Fiscal Year Annual Research Report

人工神経代替装置によるニューロリハビリテーション法の開発

Research Project

Project/Area Number 23680061
Research InstitutionNational Institute for Physiological Sciences

Principal Investigator

西村 幸男  生理学研究所, 発達生理学研究系, 准教授 (20390693)

Project Period (FY) 2011-04-01 – 2015-03-31
Keywords脊髄損傷 / 人工神経接続 / BCI / 脊髄 / 磁気刺激
Research Abstract

本年度の目標であった脊髄損傷患者に対して人工神経接続により随意歩行の機能再健の実験を行った。下肢の運動・感覚麻痺と呈する2名の完全脊髄損傷患者に対して、上肢の筋活動で様髄への磁気刺激をすることにより、損傷した大脳皮質と腰髄間の神経結合を代替したところ、自在に下肢の歩行運動の開始、歩行サイクルを随意的に制御できた。本成果は世界で初めて、完全脊髄損傷患者に対して、失った神経経路をBCIで代替し、随意歩行機能の再掲に成功した。健常人の人工神経接続による歩行機能再健の論文は投稿し、査読中である。
脊髄刺激の安全性を検討する目的で、脊髄刺激による自律神経応答を健常人20名及び脊髄損傷患者2名で検討した。健常人では脊髄刺激による循環器系応答に影響が観られなかった。一方、脊髄損傷患者では脊髄刺激後の一過性の心拍数と血圧の上昇が見られ、脊髄損傷患者に対する脊髄刺激をする際には注意が必要であることが明らかになった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

当初最終目標であった完全脊髄損傷患者での人工神経接続による機能再健に成功した。

Strategy for Future Research Activity

本年度は、不完全脊髄損傷患者での人工神経接続の実験を行い、人工神経接続によるリハビリテーション効果について検討する。

  • Research Products

    (29 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 9 results) Presentation (20 results) (of which Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Plasticity for recovery after partial spinal cord injury -hierarchical organization-2014

    • Author(s)
      Isa T, Nishimura Y.
    • Journal Title

      Neuroscience Research

      Volume: 78 Pages: 3-8

    • DOI

      doi: 10.1016/j.neures.2013.10.008.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Prediction of hand trajectory from electrocorticography signals in primary motor cortex2013

    • Author(s)
      Chen C, Shin D, Watanabe H, Nakanishi Y, Kambara H, Yoshimura N, Nambu A, Isa T, Nishimura Y, Koike Y.
    • Journal Title

      PLoS One

      Volume: 8 Pages: e83534

    • DOI

      doi:10.1.71/journal.pone.0083534. eCollection 2013.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spike-Timing-Dependent Plasticity in Primate Corticospinal Connections Induced during Free Behavior.2013

    • Author(s)
      Nishimura Y, Perlmutter SI, Eaton RW, Fetz EE
    • Journal Title

      Neuron

      Volume: 80 Pages: 1301-1309

    • DOI

      doi: 10.1016/j.neuron.2013.08.028. Epub 2013 Nov.7

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Differential expression of secreted phosphoprotein 1 in the motor cortex among primate species and during postnatal development and functional recovery.2013

    • Author(s)
      Sugiyama Y, Higo N, Yoshino-Saito K, Murata Y, Nishimura Y, Oishi T, Isa T.
    • Journal Title

      Journal of Neurophysiology

      Volume: 109 Pages: 2853-2865

    • DOI

      doi:10.1152/jn.00814.2012.Epub 2013 Mar 20.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Differential expression of secreted phosphoprotein 1 in the motor cortex among primate species and during postnatal development and functional recovery.2013

    • Author(s)
      Yamamoto T, Oishi T, Higo N, Murayama S, Sato A, Takashima I, Sugiyama Y, Nishimura Y, Murata Y, Yoshino-Saito K, Isa T, Kojima T.
    • Journal Title

      PLoS One

      Volume: 8 Pages: e65701

    • DOI

      doi: 10.1371/journal.pone.0065701. print 2013

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Restoration of upper limb movement via artificial corticospinal and musculospinal connections in a monkey with spinal cord injury.2013

    • Author(s)
      Nishimura Y, Perlmutter SI, Fetz EE.
    • Journal Title

      Frontiers Neural Circuits

      Volume: 7 Pages: 57

    • DOI

      doi: 10.3389/fncir.2013.00057. eCollection 2013

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Functional annotation of genes differentially expressed between primary motor and prefrontal association cortices of macaque brain.2013

    • Author(s)
      Kojima T, Higo N, Sato A, Oishi T, Nishimura Y, Yamamoto T, Murata Y, Yoshino-Saito K, Onoe H, Isa T.
    • Journal Title

      Neurochemical Research

      Volume: 38 Pages: 133-140

    • DOI

      doi: 10.1007/s11064-012-0900-4. Epub 2012 Oct 10

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 硬膜下電位からのサル捕食運動中の状態判別とロボットアーム動作決定2013

    • Author(s)
      佐藤圭太, 森下壮一郎, 渡辺秀典, 西村幸男, 加藤龍, 伊佐正, 横井浩史
    • Journal Title

      日本ロボット学会誌

      Volume: 31 Pages: 51-59

    • DOI

      doi: 10.7210/jrsj.31.51, February 17, 2013.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Role of Direct vs. Indirect Pathways from the Motor Cortex to Spinal Motoneurons in the Control of Hand Dexterity2013

    • Author(s)
      Isa T, Kinoshita M, Nishimura Y
    • Journal Title

      Frontiers in Neurology

      Volume: 4 Pages: 191

    • DOI

      doi:10.3389/fineur.2013.00191

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Ventral striatum regulates activity of motor related areas during the recovery after spinal cord injury.

    • Author(s)
      Masahiro Sawada, Kenji Kato, Hirotaka Onoe, Tadashi Isa,Yukio Nishimura
    • Organizer
      Mini-International Symposium
    • Place of Presentation
      生理学研究所(愛知)
  • [Presentation] 一次運動野の皮質脳波を用いた腕軌道のデコーディング

    • Author(s)
      陳 超,辛 徳,中西 康彦,神原 裕行,吉村 奈津江,渡辺 秀典,南部 篤,伊佐 正,西村 幸男,小池 康晴
    • Organizer
      第36回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      京都国際会館(京都)
  • [Presentation] サル到達把持運動における皮質表面電位と皮質内局所電位の上肢運動・筋電位の推定精度の比較

    • Author(s)
      渡辺 秀典,佐藤 雅昭,南部 篤,西村 幸男,川人 光男,伊佐 正
    • Organizer
      第36回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      京都国際会館(京都)
  • [Presentation] ヒト腰髄に存在する歩行に関わるNeural module

    • Author(s)
      笹田周作、加藤健治、門脇傑、宇川義一、小宮山伴与志、西村幸男
    • Organizer
      第36回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      京都国際会館(京都)
  • [Presentation] 随意運動中の抹消感覚神経集団による運動キネマティクス情報の表現

    • Author(s)
      梅田達也、佐藤雅昭、川人光男、伊佐正、西村幸男
    • Organizer
      第36回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      京都国際会館(京都)
  • [Presentation] 歯髄幹細胞を用いた霊長類の脊髄損傷後機能回復

    • Author(s)
      加納史也、山本朗仁、酒井陽、西村幸男、伊佐正、上田実
    • Organizer
      第36回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      京都国際会館(京都)
  • [Presentation] サルの皮質脳波から推定した筋電信号を用いた腕の角度の推定

    • Author(s)
      辛 徳,中西 康彦,陳 超,神原 裕行,吉村 奈津江,渡辺 秀典,南部 篤,伊佐 正,西村 幸男,小池 康晴
    • Organizer
      第36回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      京都国際会館(京都)
  • [Presentation] 脳-筋肉間の人工神経接続による脳梗塞モデルサルの手の運動機能再建

    • Author(s)
      加藤健治、澤田真寛、西村幸男
    • Organizer
      第36回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      京都国際会館(京都)
  • [Presentation] 運動機能回復に対する腹側線条体の役割

    • Author(s)
      西村幸男
    • Organizer
      第36回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      京都国際会館(京都)
  • [Presentation] 脳表脳波を用いたワイヤレス体内埋込型ブレインマシンインターフェース装置

    • Author(s)
      平田雅之、松下光次郎、鈴木隆文、吉田毅、佐藤文博、梅田達也、西村幸男、長谷川功、安藤博士、シェイン モリス、柳沢琢史、貴島晴彦、川人光男、吉峰俊樹
    • Organizer
      第36回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      京都国際会館(京都)
  • [Presentation] 脊髄損傷後の回復過程における腹側線条体の役割

    • Author(s)
      澤田真寛、尾上浩隆、加藤健治、伊佐正、西村幸男
    • Organizer
      第36回日本神経科学大会
    • Place of Presentation
      京都国際会館(京都)
  • [Presentation] Estimation of Firing of Primary Afferents from Joint Kinematics During Voluntary Arm Movements of Monkeys.

    • Author(s)
      Umeda Tatsuya, Sato Masa-aki, Kawato Mitsuo, Isa Tadashi, Nishimura Yukio
    • Organizer
      第35回国際IEEE大会
    • Place of Presentation
      大阪国際会議場(大阪)
    • Invited
  • [Presentation] Potentials of activity dependent stimulation during free behavior.

    • Author(s)
      西村幸男
    • Organizer
      Motor Control研究会
    • Place of Presentation
      東京大学(東京)
  • [Presentation] 脊髄損傷からの機能回復戦略~神経メカニズムからSpinal Computer Interface~

    • Author(s)
      西村幸男
    • Organizer
      第77回未来医療セミナー
    • Place of Presentation
      大阪大学(大阪)
    • Invited
  • [Presentation] Motivational regulation of functional recovery after spinal cord injury.

    • Author(s)
      Yukio Nishimura
    • Organizer
      The 3rd NIPS-CIN Joint Symposium
    • Place of Presentation
      生理学研究所(愛知)
  • [Presentation] 人工神経接続による随意運動機能の再建

    • Author(s)
      西村幸男
    • Organizer
      日本神経外科学会第72回学術総会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川)
    • Invited
  • [Presentation] 大脳皮質ー筋間の人工神経接続による麻痺手の随意制御の再建

    • Author(s)
      加藤健治、澤田真寛、西村幸男
    • Organizer
      第60回中部日本生理学会
    • Place of Presentation
      岐阜大学(岐阜)
  • [Presentation] Neural modules for walking in human lumbar spinal cord.

    • Author(s)
      S.Sasada, K.Kato, S.Kadowaki, T.Komiyama, Y.Ugawa,Y.Nishimura,
    • Organizer
      Neuroscience2013
    • Place of Presentation
      サンディエゴ国際会議場(USA)
  • [Presentation] Ventral striatum regulates brain activity of motor related areas during the recovery after spinal cord injury.

    • Author(s)
      M.Sawada, K.Kato, H.Onoe, T.Isa, Y.Nishimura,
    • Organizer
      Neuroscience2013
    • Place of Presentation
      サンディエゴ国際会議場(USA)
  • [Presentation] 脳脊髄のつながりを人工的に強化する

    • Author(s)
      西村幸男
    • Organizer
      第20320回理学療法士講習会
    • Place of Presentation
      富山県パレブラン高志会館(富山)
    • Invited

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Published: 2015-05-28  

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