Study on high safety human interface based on measurement of cerebrovascular and brain function during transient cerebral hypoperfusion

• Project/Area Number: 21KK0180
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 61:Human informatics and related fields
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 石橋 圭太 千葉大学, デザイン・リサーチ・インスティテュート, 教授 (40325569)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 赤間 章英 前橋工科大学, 工学部, 講師 (00847733) ; 元村 祐貴 九州大学, 芸術工学研究院, 助教 (50645273)
• Project Period (FY): 2021-10-07 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,980,000 (Direct Cost: ¥14,600,000、Indirect Cost: ¥4,380,000); Fiscal Year 2026: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2025: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2024: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2022: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: ヒューマンインタフェース / 脳機能 / 脳血管機能 / MRI / 起立性循環調節

Outline of Research at the Start

本研究は，立ちくらみ様の一過性の脳血流低下時に脳血管機能と脳機能がどのように変化するのかをMRIを用いて明らかにする国際共同プロジェクトである。脳機能が十全に保たれていない状態での変化を明らかにすることで，ヒューマンエラーにつながる潜在的な要因を見出し，より安全性の高いヒューマンインタフェースを考察することを目的としている。一過性の脳血流低下を引き起こす手法として，簡便に高い再現性で脳血流の低下させることが可能な正弦波下半身陰圧負荷(SLBP)を用いる。本研究は，SLBP時の核磁気共鳴画像(MRI)を測定する初めての国際共同研究である。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，より安全性の高いヒューマンインタフェースを考察するために，立ちくらみ様の一過性の脳血流低下時の脳血管・脳機能の変化に注目し，ユーザーの脳機能が十全に保たれていない状態における，ヒューマンエラーにつながる潜在的な要因を明らかにする方法論を確立する。本課題では簡便に高い再現性で脳血流の低下させることが可能な正弦波下半身陰圧負荷（SLBP）を用い，SLBP時に脳血管・脳機能がどのように変化するのかをMRIを用いて明らかにする。本課題は国際共同研究として，海外の研究協力者の施設にてMRIによる測定を行う。
2024年度は，海外の研究協力者の所属であり，実験実施場所となるオランダのTwente大学へ前年度に輸送した機材の動作確認を分担研究者と行った。さらに，現地のMRIの性能をファントムを用いて測定し，実験プロトコルの確認も行った。また，秋に来日した海外の研究協力者と，次年（2025年）度に実施する実験についての最終確認を行った。
その後，Twente大学での実験に関する倫理委員会の規程の変更により，MRIを用いた実験は例外なく臨床研究として取り扱われることとなり，実験実施時期の再調整が必要となっている。しかしながら，これらは海外で実験を行う際に伴うプロセスを把握するという点で，今後の研究にもつながる作業内容であると考える。
なお，MRI測定時に被験者に呈示する予定のタスクに対する反応がSLBP時にどのような影響が現れるかについては，国際会議および国内会議にて発表し情報共有を行った。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

Twente大学での実験に関する倫理委員会の規程の変更により，MRIを用いた実験は例外なく臨床研究として取り扱われることとなり，実験実施時期の再調整が必要となっているため。

Strategy for Future Research Activity

2025年度は，Twente大学での実験に関する倫理委員会の規程の変更により，実験実施時期の再調整が必要となっているが，代表者が現地に長期滞在することが可能であるため，現地で事前に実施できる内容を中心に研究を進める予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Twente(オランダ)
• [Int'l Joint Research] University of Twente(オランダ)
• [Int'l Joint Research] University of Twente(オランダ)
• [Journal Article] Discussion on Introduction Examples of Microcomputers in Human Factors and Ergonomics Education (2024)
  • Author(s): ISHIBASHI Keita
  • Journal Title: The Japanese Journal of Ergonomics Volume: 60 Issue: 5 Pages: 247-252
  • DOI: 10.5100/jje.60.247
  • ISSN: 0549-4974, 1884-2844
  • Year and Date: 2024-10-15
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Effect of transient cerebral hypoperfusion on event-related potentials for spatial stimulus-response compatibility (2024)
  • Author(s): Keita ISHIBASHI
  • Organizer: The Aerospace Medical Association’s 94th Annual Scientific Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 正弦波下半身陰圧負荷が事象関連電位に及ぼす影響 (2024)
  • Author(s): 石橋圭太
  • Organizer: 日本生理人類学会第85回大会
• [Presentation] Effect of transient cerebral hypoperfusion on event-related potentials for spatial stimulus-response compatibility (2024)
  • Author(s): Keita ISHIBASHI
  • Organizer: The Aerospace Medical Association’s 94th Annual Scientific Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 重力ストレスを考える (2023)
  • Author(s): 石橋圭太
  • Organizer: 日本生理人類学会第84回大会シンポジウム「ストレスを考える」人類学関連学会五学会合同公開シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Design and fabrication of an MR-compatible lower body negative pressure chamber (2022)
  • Author(s): Keita Ishibashi, Takahide Akama
  • Organizer: The 15th International Congress of Physiological Anthropology（Oregon）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 下半身陰圧負荷を用いた起立性循環調節に関する研究 (2022)
  • Author(s): 石橋圭太
  • Organizer: 日本生理人類学会2021年度学会各賞受賞講演会（オンライン）
  • Invited