2022 Fiscal Year Annual Research Report
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21H03469
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
小林 耕太 同志社大学, 生命医科学部, 教授 (40512736)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古山 貴文 金沢医科大学, 医学部, 助教 (20802268)
飛龍 志津子 同志社大学, 生命医科学部, 教授 (70449510)
宮坂 知宏 同志社大学, 生命医科学部, 准教授 (90342857)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 人工内耳 / ブレインマシーンインターフェイス / 赤外光レーザー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、近赤外光刺激を利用した次世代人工内耳を開発することである。現在、普及している一般的な人工内耳は電気的に聴神経を刺激し、聴覚感覚を生み出すため、聴覚末梢器官（＝蝸牛）に電極アレイを挿入する外科手術を必要とする。この侵襲性のため人工内耳の利用は進んでいない。近年、非接触で神経活動を引き起こさせる手法として赤外光により熱的に細胞を刺激する手法が注目されている。神経細胞のイオンチャネルの多くは熱に対する感受性を持つため、赤外光を神経細胞に照射し熱することで（最大5℃）活動電位を誘発できる。本計画では聴覚末梢（蝸牛神経）を生体外より光で刺激することにより、聴力を再建・補助する次世代人工内耳の開発を目指す。当該年度は、げっ歯類を対象としたレーザー刺激が再建可能な知覚の定量化および安全性評価実験と、ヒトを対象としたレーザー人工内耳の開発を並行して実施した。前者の研究では、光学フィルターによりレーザー照射を減少させると、蝸牛反応は系統的に減少したが、聴覚誘発蝸牛応答は減少しなかった。この結果は、レーザー照射が中耳の機能を迂回し、蝸牛を直接活性化する可能性を示している。後者の実験では、刺激として、低親密度単語（無意味単語）および、日本母語話者の会話コーパス音を原刺激として用い、光刺激のパルス頻度を、音声のフォルマントピーク周波数および音圧情報にもとづきどのように変調させるのが効率的に言語知覚を生み出せるのかについて実験的に検討した。結果、周波数、音圧情報の両方を次世代人工内耳により再建可能であることが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
げっ歯類を対象としたレーザー刺激が再建可能な知覚の定量化および安全性評価実験と、ヒトを対象としたレーザー人工内耳の開発を並行して実施しており、ともに来年度（23年度）の実験に向けた一定程度の成果を得ることができた。特に前者では、実用に向けた安全性の検討を行う実験セットアップに成功した、後者では有効性の高い音声変換アルゴリズムが分かりつつある。よって概ね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本申請では、近赤外光神経刺激を人工内耳に応用することを目指している。次年度は以下の２つの実験を実施する計画である。
実験１ げっ歯類を対象としたレーザー刺激が再建可能な知覚の定量化実験
被験体としてげっ歯類（Meriones unguiculatus＝スナネズミ）を用いる。同種は、長期間にわたり聴覚系の標準モデル動物として扱われてきた歴史が長い。そのため、生理学的なデータの知見が蓄積しており、小型げっ歯類としてはヒトと類似した聴覚感度曲線を持つため本計画に適した動物種である。これまでの研究により、赤外光および光刺激を条件刺激、水を報酬として古典的条件付け訓練をおこなうと、訓練完成後、音刺激と光刺激間での刺激般化がおきることが現在、示されつつ有る。次年度はこの実験を継続し、刺激般化の詳細を計測する予定である。
実験２ ヒトを対象としたレーザー人工内耳の開発
ヒトを実験対象とする。レーザー刺激によって言語を知覚させるために、音声を光刺激に変換して再生する必要がある。本研究では、音声から光刺激に変換するアルゴリズムの開発および、その音声を正しく知覚させるための学習手法について評価をおこなう。今年度の研究により、音声のフォルマントピーク周波数および音圧の時間変化にもとづき、光刺激のパルス頻度および強度を変調させた、新型人工内耳のシミュレーション音を刺激として一定程度の音韻知覚を再建可能であることがわかった。次年度はこの変換手法の改良を主とした目的として実験をおこなう予定である。特に、覚能力を効率よく向上させるための手法を検討する。
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