| Project/Area Number |
22H00587
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
平田 雅之 大阪大学, 大学院医学系研究科, 招へい教授 (30372626)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野村 泰伸 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (50283734)
鈴木 隆文 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所脳情報通信融合研究センター, 室長 (50302659)
MILOSEVIC MATIJA 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 助教 (50840188)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥42,900,000 (Direct Cost: ¥33,000,000、Indirect Cost: ¥9,900,000)
Fiscal Year 2024: ¥11,830,000 (Direct Cost: ¥9,100,000、Indirect Cost: ¥2,730,000)
Fiscal Year 2023: ¥12,350,000 (Direct Cost: ¥9,500,000、Indirect Cost: ¥2,850,000)
Fiscal Year 2022: ¥18,720,000 (Direct Cost: ¥14,400,000、Indirect Cost: ¥4,320,000)
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| Keywords | ブレインマシンインターフェース / 機能的電気刺激 / 機能再建 / 末梢神経近位部 / implantable devise / implantable device / 体内埋込み / 医療機器 / 体内埋込 / 腕神経叢 / 馬尾 |
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| Outline of Research at the Start |
神経難病、脊髄損傷等による麻痺肢の機能を再建する治療法が望まれている。これまで我々は、頭蓋内脳波を用いたBMIにより、意思伝達装置やロボットアームを脳信号で直接制御するワイヤレス埋込BMI装置の開発をしてきた。本研究課題では、腕神経叢・馬尾刺激という独創的手法を用いた体内埋込機能的電気刺激法（FES）による骨格筋制御法を動物実験により開発する。これにより、埋込BMIで得た脳信号解読結果にもとづいて、埋込FESにより直接骨格筋を駆動し、麻痺肢制御を行う完全埋込運動機能再建システムを開発する。この研究は、身体障害者が自身の麻痺肢を再び思い通りに動かすことができる究極の運動機能再建の実現に貢献する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
1) 埋込FES用刺激電極の開発（平田、鈴木）：令和4年度に開発した電極を動物実験の結果を踏まえて、神経束に損傷なく安全に固定でき、神経束を選択的に多点刺激でき、長期間安定して刺激できる電極を開発した。cuff型とhelical型を試作し、実験にて比較した結果、神経への留置安定性の観点でhelical型を採用することとした。また電極と体外の刺激・計測装置を接続するコネクタを開発し、特許出願した。
2) 埋込FESの手術手技の確立（平田）：電極の留置・固定方法、刺激また各神経束において運動枝と感覚枝を判別・分離する手法を開発した。下肢刺激に関して馬尾神経を運動枝と感覚枝を分離する方法を確立した。コネクタの留置が長期になると自然脱落する傾向があり、脱着して違う位置に再留置できる構造に変更した。本技術に関する包括的特許を出願した。
3) 腕神経叢・馬尾FESによる選択的筋制御法の開発（平田、鈴木）：種々の部位で単一神経束の電気刺激により誘発される基本運動を同定することにより、上下肢の運動を選択的に筋制御する手法を動物実験により開発した。
4) 腕神経叢・馬尾FESによる機能的筋制御法の開発（平田、鈴木）：四肢の運動は、複数の神経支配により、複数の筋肉が複合的に収縮することにより、機能的な運動が実現される。電極を種々の条件で刺激。電極を刺激電極の位置、刺激強度、刺激周波数など、種々の条件で刺激することにより、刺激反応特性を定量的に解析した。
5) 埋込FES装置の開発（平田、鈴木）：設計した多チャンネル電気刺激用チップを試作し、ベンチテストにて評価し、基本的な仕様を満たすことを確認した。
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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
刺激装置の開発は前倒しで進んでいたが、11月に担当者が異動したため、それ以降の進捗が停滞している。電極と体外装置を接続する皮下コネクタを長期間動物に感染等なく留置する点が困難で実験進捗に支障をきたしていたが、留置位置を適宜変更する方法により解決した。上記２点が生じたが、おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
２年間で基本的な方法が定まった。定量的・選択的に支配筋を収縮・制御することが本技術において最も重要であるため、今後は特にこの点に重点をおいて研究を進める。他の研究項目に関して適宜取捨選択する。
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