2014 Fiscal Year Annual Research Report
小脳疾患患者・マウスの運動力学解析に基づく姿勢機能障害の構成論的解明
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26289063
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
舩戸 徹郎 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 助教 (40512869)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柳原 大 東京大学, 総合文化研究科, 准教授 (90252725)
石川 欽也 東京医科歯科大学, 医学部附属病院, 教授 (30313240)
青井 伸也 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (60432366)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 姿勢制御 / 小脳疾患 / 力学モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
小脳疾患に伴う姿勢制御機能の変化を調べるため、本年度は１：ラットの姿勢計測環境の構築、２：小脳疾患ラットの運動計測、３：小脳疾患患者の計測環境の構築、４：ラット姿勢制御系の定量評価を行った。
[１：ラットの姿勢計測環境の構築] 無拘束状態でのラットの２足直立中の運動計測環境を構築し、直立中の動作・重心動揺を２００秒以上計測することに成功した。ラットの２足直立状態での運動計測環境は従来の研究で実現されておらず、これまでにない実験データの取得が可能となった。直立では、特に０．１[Hz]未満のゆっくりとした重心動揺が神経制御系の状態によって変化することが知られており、長期間の無拘束実験環境は姿勢制御系を調べる強力なツールになることが期待できる。
[２：小脳疾患ラットの運動計測] 上記運動実験環境で、下オリーブ核を破壊した（小脳疾患）ラットの２足直立運動の計測を行った。これにより、小脳疾患に伴う運動変化を調べるためのデータが得られた。
[３：小脳疾患患者の計測環境の構築] 小脳疾患患者の制御系を調べるための実験環境の構築を行った。姿勢制御系における積分制御系が小脳疾患によって変化するかを調べるために、ヒトの感覚神経系が働かないゆっくりとした速度で床が傾く実験装置（傾斜床）を病院で安全に使用できるように整備し、実験環境を整えた。
[４：ラット姿勢制御系の定量評価] 計測したラットの重心動揺と数理モデルを元に、制御系の定量評価（同定）を行った。その結果、ラットの直立中の制御ゲインがヒトとほぼ同程度であることが示された。直立制御系には、同定された制御ゲイン付近に分岐点が存在することを力学解析によって示しており、同定結果は、ラットの２足直立の姿勢制御がヒトと同様に分岐構造を利用している可能性を示唆している。またこのことにより、構築したラットの実験系がヒトのモデルとして有効であることが確認できた。
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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
平成２６年度の研究目的として、１：動物（申請時はマウス）の姿勢実験環境を整え、運動計測を行う。２：小脳疾患患者の直立姿勢実験環境を整え、運動計測を行う。３：実験で得られたデータを元に、制御機能の評価を行う。の３項目を挙げていた。
動物：ラットの運動計測（１）に関しては、当初４足状態での直立状態を想定しており、積分制御などの個々の姿勢制御機能を小脳疾患患者と小脳疾患動物で比べることで、制御機能ごとに小脳疾患に伴う変化を比較し、メカニズムを明らかにするというアプローチを想定していた。一方で、研究の結果、非拘束下でラットの２足直立を長時間維持できる実験環境の構築が可能であること、制御系の同定（３）により、ラット２足直立状態での姿勢制御系がヒトの姿勢制御と同様のメカニズムを持つという、当初の想定以上の研究結果が得られた。このような事情から、小脳疾患患者の直立実験による研究を、一定程度ラットを中心とした研究で代用でき、それによってより詳細な機能の解明が見込まれると判断した。このことから、昨年度の研究はラットを中心に行った。
小脳疾患患者の実験は、前述のように、ラットによる運動実験が想定以上にヒトのモデルとして有効であるという成果が得られたことから、平成２６年度では、実験装置及び実験環境の整備に留めた。平成２７年度以降、ラットの結果をふまえて、実際の小脳疾患患者の運動計測を予定している。
以上のように、ラットの研究では当初の想定以上の研究が達成されており、その分、小脳疾患患者の運動計測を延期したため、全体の研究の達成度は「順調」であると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
ラットの運動計測に関しては、平成２６年度に構築した非拘束での２足直立運動計測環境を用いて、小脳疾患動物の運動計測をすすめる。当初計画していた「小脳疾患に伴う制御ゲインの変化を評価し、疾患と制御系の関係を明らかにするアプローチ」に加えて、疾患患者の特徴的変化として過去の研究で指摘されていた、「症状の進行に応じた重心動揺のカオス性の変化」が、小脳疾患ラットの重心動揺において見られるかを検証し、力学モデルを用いてそのメカニズムにアプローチする。
小脳疾患患者の直立動作については、予定通り計測・実験を行う。計測した運動を元に、力学モデルを用いて姿勢制御系を定量的に評価し、健常者の制御系と比較することで、疾患に伴う制御系の変化を調べるとともに、ラットの制御系との比較によってラットモデルでアプローチできる現象とヒトのデータが必要になる現象を明確にする。
平成２７年度の研究では、小脳疾患患者、動物のデータ、及び力学モデルをもとに、制御系を評価する手法の確立を計画している。必要な計測データについては、平成２６、２７年度の研究で実際に集まりつつあることから、計画通り実施する。
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| Causes of Carryover |
平成２６年度の研究の中で、ラットの実験が想定以上の成果を上げたため、平成２６年度はラットを中心とした研究に重点を置いた。そのため、小脳疾患患者の実験・運動解析に関わる費用を次年度に繰り越し、次年度の運動計測・解析を中心として当該費用を使用することとした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度に繰り越した費用は、平成２６年度に行わなかった小脳疾患患者の運動計測のための謝金や、実験に関わる消耗品、及びヒトの実験・力学解析に関する打ち合わせのための旅費に用いる。
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