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

• 研究課題/領域番号: 18H03141
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分59010:リハビリテーション科学関連
• 研究機関: 公益財団法人東京都医学総合研究所
• 研究代表者: 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)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円); 2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2019年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2018年度: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円)
• キーワード: 脊髄損傷 / 磁気刺激 / 歩行 / 人工神経接続 / 神経可塑性

研究成果の概要

経脊椎磁気刺激による非侵襲的脊髄磁気刺激を慢性期脊髄損傷者に適用し、脊髄損傷によって傷害された随意歩行機能に回復を促すことが可能であること実証した。また、この人工神経接続がもたらす脊髄損傷者の歩行機能回復を効果的に得るためには、腰髄が損傷の直接的なダメージから免れ、脳と腰髄を繋ぐ皮質脊髄路が部分的にでもその機能を残存している必要があることが明らかとなった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

脊髄損傷者に対する脊髄刺激リハビリテーションは外科手術を必要とする侵襲的な手法についてその有効性が示されていたが、本研究によって得られた成果は、磁気刺激のような非侵襲的な手技によっても、脊髄損傷者の脊髄機能を賦活化し歩行機能回復に寄与する手法となり得ることを実証することとなった。これにより、本研究で用いた非侵襲的な人工神経接続の技術は、幅広く実用的な歩行リハビリテーションの開発に大きく貢献する成果となった。

研究成果

• [雑誌論文] Corticospinal interface to restore voluntary control of joint torque in a paralyzed forearm following spinal cord injury in non-human primates (2023)
  • 著者名/発表者名: Obara Kei、Kaneshige Miki、Suzuki Michiaki、Yokoyama Osamu、Tazoe Toshiki、Nishimura Yukio
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroscience 巻: 17 ページ: 1127095-1127095
  • DOI: 10.3389/fnins.2023.1127095
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 特集 動的環境への適応系としての歩行 人工神経接続を用いた脳･脊髄損傷後の身体運動機能の再建 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田添 歳樹、西村 幸男
  • 雑誌名: BRAIN and NERVE 巻: 74 号: 9 ページ: 1111-1116
  • DOI: 10.11477/mf.1416202190
  • ISSN: 1344-8129, 1881-6096
  • 年月日: 2022-09-01
• [雑誌論文] Tuning of motor outputs produced by spinal stimulation during voluntary control of torque directions in monkeys (2022)
  • 著者名/発表者名: Kaneshige Miki、Obara Kei、Suzuki Michiaki、Tazoe Toshiki、Nishimura Yukio
  • 雑誌名: eLife 巻: 11 ページ: 1-27
  • DOI: 10.7554/elife.78346
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Activation of human spinal locomotor circuitry using transvertebral magnetic stimulation (2022)
  • 著者名/発表者名: Kawai Kazutake、Tazoe Toshiki、Yanai Toshimasa、Kanosue Kazuyuki、Nishimura Yukio
  • 雑誌名: Frontiers in Human Neuroscience 巻: 16 ページ: 1016064-1016064
  • DOI: 10.3389/fnhum.2022.1016064
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Assessment of safety of self-controlled repetitive trans-vertebral magnetic stimulation (2021)
  • 著者名/発表者名: Sasada S, Kadowaki S, Tazoe T, Murayama T, Kato K, Nakao Y, Matsumoto H, Nishimura Y, Ugawa Y
  • 雑誌名: Clinical Neurophysiology 巻: 132（12） 号: 12 ページ: 3166-3176
  • DOI: 10.1016/j.clinph.2021.09.016
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Abnormal changes in motor cortical maps in humans with spinal cord injury (2021)
  • 著者名/発表者名: Tazoe Toshiki、Perez Monica A.
  • 雑誌名: The Journal of Physiology 巻: 599 号: 22 ページ: 5031-5045
  • DOI: 10.1113/jp281430
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 閉回路型脊髄刺激によるニューロモジュレーションの誘導 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田添 歳樹、西村 幸男
  • 雑誌名: 運動器リハビリテーション 巻: 32 ページ: 255-262
• [雑誌論文] Arm cycling increases the short-latency reflex from ankle dorsiflexor afferents to knee extensor muscles. (2021)
  • 著者名/発表者名: Sasada S, Tazoe T, Nakajima T, Omori S, Futatsubashi G, Komiyama T
  • 雑誌名: Journal of Neurophysiology 巻: 125 号: 1 ページ: 110-119
  • DOI: 10.1152/jn.00299.2020
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 人工神経接続の臨床応用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田添歳樹、加藤健治、西村幸男
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 巻: 275 ページ: 21569-21572
• [雑誌論文] Non-invasive Neuromodulation―基礎・検査・治療 B.検査と治療 歩行障害 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田添歳樹、兼重美希、西村幸男
  • 雑誌名: Clinical Neuroscience 巻: 38 ページ: 80-84
• [雑誌論文] 特集 "スポーツ"を生み出す脳 アスリート脳の理解に向けて (2019)
  • 著者名/発表者名: 横山修, 田添歳樹, 西村幸男
  • 雑誌名: BRAIN and NERVE 巻: 71 号: 2 ページ: 99-103
  • DOI: 10.11477/mf.1416201228
  • ISSN: 1344-8129, 1881-6096
  • 年月日: 2019-02-01
• [雑誌論文] ヒト脊髄歩行中枢の入力出力関係 (2019)
  • 著者名/発表者名: 河合一武、田添歳樹、彼末一之、西村幸男
  • 雑誌名: スポーツ科学研究 巻: 16 ページ: 49-61
  • NAID: 120006891844
• [学会発表] Reorganization of human spinal locomotor circuitry after spinal cord injury (2022)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Tazoe, Takashi Murayama, Tomonari Tosaka, Miki Kaneshige, Michiaki Suzuki, Naohisa Kikuchi, Yoshikazu Ugawa, Yukio Nishimura
  • 学会等名: 51st annual meeting of Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] Stimulus intensity- and location-specific activation of human spinal locomotor circuitry by non-invasive transvertebral magnetic stimulation (2022)
  • 著者名/発表者名: Kazutake Kawai, Toshiki Tazoe, Yukio Nishimura
  • 学会等名: 51st annual meeting of Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] Adaptation to cortico-spinal interface to restore forearm paralysis in spinal cord injury (2022)
  • 著者名/発表者名: Kei Obara, Miki Kaneshige, Michiaki Suzuki, Toshiki Tazoe, Yukio Nishimura
  • 学会等名: 51st annual meeting of Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] 脊髄損傷後の運動機能の回復過程において、増大した脊髄のアウトプットは、一次運動野神経細胞活動の変調の減少と関連する (2022)
  • 著者名/発表者名: 兼重 美希、尾原 圭、鈴木 迪諒、田添 歳樹、西村 幸男
  • 学会等名: 第16回モーターコントロール研究会
• [学会発表] 人工的な皮質ー脊髄路に対して脊髄損傷モデルサルは大脳皮質運動野のニューロン群を適応させる (2022)
  • 著者名/発表者名: 尾原 圭、兼重 美希、鈴木 迪諒、横山 修、田添 歳樹、西村 幸男
  • 学会等名: 第16回モーターコントロール研究会
• [学会発表] Aberrant activity of spinal locomotor circuitry in humans with complete spinal cord injury (2022)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Tazoe, Takashi Murayama, Tomonari Tosaka, Miki Kaneshige, Michiaki Suzuki, Naohisa Kikuchi, Yoshikazu Ugawa, Yukio Nishimura
  • 学会等名: 第45回日本神経科学大会
• [学会発表] Enhanced spinal outputs are associated with compensatory changes in cell activities of monkey motor cortex through motor recovery after spinal cord injury (2022)
  • 著者名/発表者名: Miki Kaneshige, Kei Obara, Michiaki Suzuki, Toshiki Tazoe, Yukio Nishimura
  • 学会等名: 第45回日本神経科学大会
• [学会発表] An ensemble tuning of the macaque primary motor cortex during adaptation to the artificial corticospinal pathway after spinal cord injury (2022)
  • 著者名/発表者名: Kei Obara, Miki Kaneshige, Michiaki Suzuki, Toshiki Tazoe, Yukio Nishimura
  • 学会等名: 第45回日本神経科学大会
• [学会発表] Location specific excitation of human spinal locomotor circuitry by transvertebral magnetic stimulation (2021)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Tazoe, Yukio Nishimura
  • 学会等名: 1st China-Japan-Korea International Meeting（第44回日本神経科学大会共催）
  • 国際学会
• [学会発表] Activation of human spinal locomotor circuitry using transvertebral magnetic stimulation (2021)
  • 著者名/発表者名: Kazutake Kawai, Toshiki Tazoe, Kazuyuki Kanosue, Yukio Nishimura
  • 学会等名: 1st China-Japan-Korea International Meeting（第44回日本神経科学大会共催）
  • 国際学会
• [学会発表] Bypassing spinal lesion via artificial cortico-spinal pathway induces task-related modulations in an ensemble of M1 neurons (2021)
  • 著者名/発表者名: Kei Obara, Miki Kaneshige, Michiaki Suzuki, Toshiki Tazoe, Yukio Nishimura
  • 学会等名: 1st China-Japan-Korea International Meeting（第44回日本神経科学大会共催）
  • 国際学会
• [学会発表] Boosting motor outputs and inducing cortical adaptation via artificial neural connection (2021)
  • 著者名/発表者名: Miki Kaneshige, Kei Obara, Michiaki Suzuki, Toshiki Tazoe, Yukio Nishimura
  • 学会等名: 1st China-Japan-Korea International Meeting（第44回日本神経科学大会共催）
  • 国際学会
• [学会発表] Activation of human spinal locomotor circuitry using transvertebral magnetic stimulation (2020)
  • 著者名/発表者名: Kazutake Kawai, Toshiki Tazoe, Kazuyuki Kanosue, Yukio Nishimura
  • 学会等名: 第97回日本生理学会大会
• [学会発表] Non-invasive transvertebral magnetic stimulation discloses residual motor function of sublesional spinal circuitry in humans with spinal cord injury (2019)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Tazoe, Michiaki Suzuki, Miki Kaneshige, Koichi Iwatsuki, Yukio Nishimura
  • 学会等名: 49th annual meeting of Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] Spinal stimulus effects altered by voluntary muscle activity in monkeys (2019)
  • 著者名/発表者名: Miki Kaneshige, Kei Obara, Michiaki Suzuki, Toshiki Tazoe, Yukio Nishimura
  • 学会等名: 29th annual meeting of Nueral Control of Movement
  • 国際学会
• [学会発表] ヒトの粗大把持運動に貢献する一次運動野活動 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田添歳樹
  • 学会等名: 身体運動制御の会
  • 招待講演
• [学会発表] Functional organization of spinal motor map in sport athletes (2019)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Tazoe
  • 学会等名: 9th Federation of the Asian and Oceanian Physiological Societies Congress
  • 国際学会
• [学会発表] Muscle representations in spinal motor circuitry in intact humans and an individual with SCI (2019)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Tazoe, Koichi Iwatsuki, Yukio Nishimura
  • 学会等名: 9th Federation of the Asian and Oceanian Physiological Societies Congress
  • 国際学会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 田添歳樹
  • 学会等名: 第12回モーターコントロール研究会
• [学会発表] Early limb unloading elicits long-term motor deficits involving hyperexcitability underlying persist glutamatergic synaptic plasticity in spinal cord injury (2018)
  • 著者名/発表者名: Morioka K, Tazoe T, Huie JR, Haefeli J, Almeida CA, Sacramento JA, Bresnahan JC, Beattie MS, Tanaka S, Ogata T, Ferguson AR
  • 学会等名: 48th annual meeting of Society for Neuroscience
  • 国際学会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 田添歳樹，岩月幸一，西村幸男
  • 学会等名: 次世代脳プロジェクト冬のシンポジウム
• [学会発表] 磁気刺激による脊髄歩行中枢の刺激強度特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 河合一武，田添歳樹，西村幸男
  • 学会等名: 次世代脳プロジェクト冬のシンポジウム