2014 Fiscal Year Research-status Report
皮膚表面からの末梢神経電気刺激におけるバースト内高周波刺激効果の理解
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26350650
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| Research Institution | Fukushima University |
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Principal Investigator |
二見 亮弘 福島大学, 共生システム理工学類, 教授 (20156938)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 皮膚電気刺激 / ブロッキング / 感覚閾値 / 高周波刺激 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，間欠的な皮膚電気刺激パルス列中の個々のパルスの直前に高周波バースト波形を前置して，神経ブロックを利用した選択的神経刺激方法の開発を目指すものである。しかし，高周波バーストの立上りと立ち下がりに1ms程度の時間をかけると，本研究申請時に予備実験結果に基づき計画していた高周波前置刺激による神経ブロックが有意には生じないことが判明した。よって本研究では，高周波ではなくまず超低周波刺激のブロック効果について調べることとした。これはHenningsらが，ランプ波形をブロッカーとして用いる皮膚電気刺激で，ブロック効果は太い神経ほど大きいことを報告し，Mortimerらは，台形波をブロッカーとして用いたカフ電極による神経束の選択的電気刺激について報告しているためである。これらの先行研究を参考にして，被験者5名の上肢皮膚への種々の電気刺激実験を行い，ブロッキングによる選択的皮膚電気刺激の可能性を探った。
皮膚電気刺激の波形は，感覚閾値よりもやや低振幅の双極性三角波１周期分(800ms)の様々な位相において，感覚閾値よりもやや大振幅の双極性矩形波１周期分(1ms)の主刺激を加算的に重畳して作成し，定電流駆動または定電圧駆動で電極に印加した。結果として，いづれの駆動方式でも主刺激を三角波（ブロッカー）にどの時刻で重畳するかに応じて，主刺激に対する感覚閾値は有意に変化することが明らかになった。しかし，生じた電気刺激感覚の質には有意な差が生じず，選択的神経刺激という目的に使える現象であるとは確認できなかった。
この他本研究では，申請書の「研究が当初計画どおりに進まない時の対応」で記していた，皮膚電気刺激による人間への感覚情報呈示にブロッキング効果を利用する方向に方針変更するための検討として，時系列的な振幅変調を行った皮膚電気刺激による情報伝達の速度を向上させるための基礎的検討を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の計画では今年度，(1)軸索モデルを用いた数値シミュレーションと(2)体表面の種々の刺激位置における効果の計測と解釈を行う予定であったが，先に述べた通り高周波電気刺激によるブロック効果に疑問が生じる実験結果が得られたため，別な方法によるブロック効果についての実験的検討を行った。その結果，既に確認済みの高周波ブロック効果の軸索モデルを詳細化する研究計画は実施されなかった。一方，神経ブロッキングを皮膚電気刺激による情報伝達に利用する際に重要と思われる新しい知見を得ることはできた。以上を総合して「やや遅れている」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
皮膚電気刺激による情報伝達に関して今年度に本研究で行った実験から，指先，前腕内外側，上腕内外側，および肩よりも，指の付け根（基節骨上の皮膚）において高い情報伝達速度が得られることが明らかになった。これについては３月に学会発表を行った。この際に用いたモールス電気刺激のパルス列に，三角波や高周波の前置刺激を組み合わせ，受容感覚の質を時間的に変調することで情報伝達速度を向上させる方法を探索する。
また，皮膚・皮下組織・受容器・神経終末・神経線維・神経束などを何らかの電気的モデルで表現し，Hodgkin-Huxley の生体興奮膜モデルなどを使って電気刺激の波形が受容感覚に及ぼす影響を予測する研究も合わせて進める。
さらに，受容器や神経終末の感度を低下させて感覚神経線維だけを刺激するために，電極と皮膚を氷嚢などで冷却した際の選択的神経刺激効果や情報伝達速度についても計測を行い，新しい知見を得たい。
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| Causes of Carryover |
矩形包絡線以外の高周波バースト前置刺激による神経ブロックが有意には生じないことが分かり，研究方策の修正を行いながら実験装置の製作や文献調査を行ったため，予定していた10名程度の被験者による刺激実験は先送りとした。そのため，計上していた刺激実験被験者への謝金支出がなくなり，次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
繰越分(54,149円)については，平成27年度中に刺激実験被験者への謝金の一部として使用する。
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