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人工神経接続による脊髄損傷者の随意歩行機能の改善を促すリハビリテーション法の確立

Research Project

Project/Area Number 18H03141
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 59010:Rehabilitation science-related
Research InstitutionTokyo Metropolitan Institute of Medical Science

Principal Investigator

田添 歳樹  公益財団法人東京都医学総合研究所, 脳・神経科学研究分野, 主席研究員 (60513017)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2018: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000)
Keywords脊髄損傷 / 人工神経接続 / 神経可塑性 / 磁気刺激
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、非侵襲型人工神経接続による脊髄損傷者の歩行機能が、いかなる条件のもと、どのような生理学的機序でもたらされるかを多角的に調査し、明らかにすることを目的としている。研究の3年目にあたる2020年度は、非侵襲型人工神経接続により効果的に介入を行うための方法を引き続き検証するとともに、特定臨床研究として長期間の介入試験を開始した。
<研究課題1:人工神経接続により運動機能回復が見込める脊髄の損傷状態の特定>異なる髄節レベルに損傷を負った延べ10名の脊髄損傷者を対象に非侵襲的脊髄磁気刺激を行い、随意運動麻痺のある下肢筋から誘発筋電図を導出できる脊髄損傷者と誘発筋電図を誘発できない脊髄損傷者を識別することができた。また、脊椎に埋め込み金属がない脊髄損傷者でMR画像を取得し、脊髄損傷の範囲を検証することができた。これらのMR画像をもとに、脊髄をVR上で可視化して脊髄磁気刺激が行える脊髄刺激ナビゲーションシステムの開発が進んだ。
<研究課題2:人工神経により制御される脊髄神経回路の刺激方法の探索>経脊椎磁気刺激を用いた人工神経接続を介して、脊髄損傷者が自身の意思で脊髄運動神経の活動を駆動し歩行様運動を行うことができた。また、第11胸椎から第5腰椎にわたる領域で脊髄歩行運動マップを作成し、歩行様運動が効果的に誘導可能な刺激位置を特定することができた。
<研究課題3:身体運動機能の回復を担う生理学的機序の解明>

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

研究の3年目において、本研究は順調に進展した。非侵襲型人工神経接続の介入開始前の脊髄神経の残存機能を評価する電気生理学的手法、MRIによる神経撮像法を確立する中で、脊髄損傷者の損傷位置の特定やMR画像と磁気刺激装置を組み合わせた脊髄刺激ナビゲーションの開発を進めることができた。本年度は、5名の脊髄損傷者において非侵襲型人工神経接続を用いた長期間の臨床試験も開始することができ、人工神経接続の長期介入効果とその生理学的データを継続的に取得できている。

Strategy for Future Research Activity

研究の最終年度にあたる2021年度は、研究課題3(身体運動機能の回復を担う生理学的機序の解明)を検証するために、非侵襲型人工神経接続による長期間介入の臨床試験を継続して実施する。それにより、下肢麻痺を呈する脊髄損傷者が非侵襲型人工神経接続を利用することによって得られる歩行機能改善の生理学的背景を明らかにしていく。人工神経接続による介入は6ヶ月間行い、その前後に下肢運動機能を測定するとともに、経頭蓋磁気刺激や経脊椎磁気刺激によって大脳皮質、脊髄運動神経レベルでの運動神経回路の活動を評価する。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(15 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Arm cycling increases the short-latency reflex from ankle dorsiflexor afferents to knee extensor muscles.2021

    • Author(s)
      Sasada S, Tazoe T, Nakajima T, Omori S, Futatsubashi G, Komiyama T
    • Journal Title

      Journal of Neurophysiology

      Volume: 125 Pages: 110-119

    • DOI

      10.1152/jn.00299.2020

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 人工神経接続の臨床応用2020

    • Author(s)
      田添歳樹、加藤健治、西村幸男
    • Journal Title

      医学のあゆみ

      Volume: 275 Pages: 21569-21572

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Journal Article] Non-invasive Neuromodulation―基礎・検査・治療 B.検査と治療 歩行障害2020

    • Author(s)
      田添歳樹、兼重美希、西村幸男
    • Journal Title

      Clinical Neuroscience

      Volume: 38 Pages: 80-84

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Journal Article] ヒト脊髄歩行中枢の入力出力関係2019

    • Author(s)
      河合一武、田添歳樹、彼末一之、西村幸男
    • Journal Title

      スポーツ科学研究

      Volume: 16 Pages: 49-61

    • NAID

      120006891844

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Journal Article] アスリート脳の理解に向けて2019

    • Author(s)
      横山修, 田添歳樹, 西村幸男
    • Journal Title

      BRAIN and NERVE

      Volume: 71 Issue: 2 Pages: 99-103

    • DOI

      10.11477/mf.1416201228

    • ISSN
      1344-8129, 1881-6096
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Activation of human spinal locomotor circuitry using transvertebral magnetic stimulation2020

    • Author(s)
      Kazutake Kawai, Toshiki Tazoe, Kazuyuki Kanosue, Yukio Nishimura
    • Organizer
      第97回日本生理学会大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Non-invasive transvertebral magnetic stimulation discloses residual motor function of sublesional spinal circuitry in humans with spinal cord injury2019

    • Author(s)
      Toshiki Tazoe, Michiaki Suzuki, Miki Kaneshige, Koichi Iwatsuki, Yukio Nishimura
    • Organizer
      49th annual meeting of Society for Neuroscience
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Spinal stimulus effects altered by voluntary muscle activity in monkeys2019

    • Author(s)
      Miki Kaneshige, Kei Obara, Michiaki Suzuki, Toshiki Tazoe, Yukio Nishimura
    • Organizer
      29th annual meeting of Nueral Control of Movement
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ヒトの粗大把持運動に貢献する一次運動野活動2019

    • Author(s)
      田添歳樹
    • Organizer
      身体運動制御の会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Functional organization of spinal motor map in sport athletes2019

    • Author(s)
      Toshiki Tazoe
    • Organizer
      9th Federation of the Asian and Oceanian Physiological Societies Congress
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Muscle representations in spinal motor circuitry in intact humans and an individual with SCI2019

    • Author(s)
      Toshiki Tazoe, Koichi Iwatsuki, Yukio Nishimura
    • Organizer
      9th Federation of the Asian and Oceanian Physiological Societies Congress
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 皮質内介在ニューロン回路の粗大把握運動への選択的関与2018

    • Author(s)
      田添歳樹
    • Organizer
      第12回モーターコントロール研究会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Early limb unloading elicits long-term motor deficits involving hyperexcitability underlying persist glutamatergic synaptic plasticity in spinal cord injury2018

    • Author(s)
      Morioka K, Tazoe T, Huie JR, Haefeli J, Almeida CA, Sacramento JA, Bresnahan JC, Beattie MS, Tanaka S, Ogata T, Ferguson AR
    • Organizer
      48th annual meeting of Society for Neuroscience
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 経脊椎磁気刺激によるヒト脊髄神経回路の体部位局在2018

    • Author(s)
      田添歳樹,岩月幸一,西村幸男
    • Organizer
      次世代脳プロジェクト冬のシンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 磁気刺激による脊髄歩行中枢の刺激強度特性2018

    • Author(s)
      河合一武,田添歳樹,西村幸男
    • Organizer
      次世代脳プロジェクト冬のシンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2021-12-27  

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