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分散型制御による麻痺治療を実現するサイバネティクス技術開発

研究課題

研究課題/領域番号 18H04063
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分56:生体機能および感覚に関する外科学およびその関連分野
研究機関名古屋大学

研究代表者

平田 仁  名古屋大学, 予防早期医療創成センター(医), 教授 (80173243)

研究分担者 高須 正規  岐阜大学, 応用生物科学部, 准教授 (00503327)
下田 真吾  国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, ユニットリーダー (20415186)
岡田 洋平  愛知医科大学, 医学部, 准教授 (30383714)
林部 充宏  東北大学, 工学研究科, 教授 (40338934)
建部 将広  名古屋大学, 医学系研究科, 特任准教授 (60420379)
長谷川 泰久  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70303675)
栗本 秀  名古屋大学, 医学系研究科, 特任講師 (70597856)
大山 慎太郎  名古屋大学, 医学部附属病院, 特任助教 (80768797)
山本 美知郎  名古屋大学, 医学系研究科, 特任講師 (90528829)
岩月 克之  名古屋大学, 医学部附属病院, 講師 (90635567)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
44,980千円 (直接経費: 34,600千円、間接経費: 10,380千円)
2020年度: 12,090千円 (直接経費: 9,300千円、間接経費: 2,790千円)
2019年度: 10,010千円 (直接経費: 7,700千円、間接経費: 2,310千円)
2018年度: 22,880千円 (直接経費: 17,600千円、間接経費: 5,280千円)
キーワード同種細胞移植治療 / サイバネティクス / 中枢神経再生 / 分散型制御 / 人工知能 / 暗黙学習 / 筋萎縮性側索硬化症 / サイバネィクス / 分散制御 / 運動・感覚再建 / 神経節誘導
研究成果の概要

脊髄損傷や筋萎縮性側索硬化症などの外傷・疾患では脳機能が正常に維持される中で広範な神経原性筋萎縮が進行し、生命維持が困難な高度な障害へと発展していく。本研究は、このような難治性麻痺状況に対して、(1)末梢神経幹内神経幹細胞移植による麻痺筋近傍での脊髄様構造の神経節誘導、(2)新たに開発をする複数制御可能な埋め込み型電気刺激装置、(3)脳の制御信号を予測し、暗黙知による制御を可能とする人工知能、という独自に開発した3つの基盤技術を適用して、自立した生活が可能なレベルの機能回復を実現するサイバネティクス技術を開発している。

研究成果の学術的意義や社会的意義

神経障害や加齢により低下した身体能力を、人工的センサーやアクチュエーターによる代償ではなく、再生医療技術により患者自らの神経・筋機能を復活・増強して機能回復させる。そのため、情報処理と制御系のみを工学技術に依存するためエネルギーの大半が摂取する食物から得られる。さらにこの技術は、歩行や把持動作などの運動機能を回復させるだけでなく、嚥下や呼吸、腸の蠕動運動といった自律神経系の支配が強く、生命維持の根幹に関わる機能を回復させることもできる。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 1件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (10件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Innervation of Meissner's corpuscles and Merkel ‐cells by transplantation of embryonic dorsal root ganglion cells after peripheral nerve section in rats2021

    • 著者名/発表者名
      Asano Kenichi、Nakano Tomonori、Tokutake Katsuhiro、Ishii Hisao、Nishizuka Takanobu、Iwatsuki Katsuyuki、Onishi Tetsuro、Kurimoto Shigeru、Yamamoto Michiro、Tatebe Masahiro、Hirata Hitoshi
    • 雑誌名

      Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine

      巻: - 号: 6 ページ: 586-595

    • DOI

      10.1002/term.3196

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Experimental pilot study for augmented reality-enhanced elbow arthroscopy2021

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto Michiro、Oyama Shintaro、Otsuka Syuto、Murakami Yukimi、Yokota Hideo、Hirata Hitoshi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-021-84062-7

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Visual Feedback Control of a Rat Ankle Angle Using a Wirelessly Powered Two-Channel Neurostimulator.2020

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi M, Hasegawa H, Hirata H
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 14 号: 8 ページ: 1-18

    • DOI

      10.3390/s20082210

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Electroencephalographic Functional Connectivity With the Tacit Learning System Prosthetic Hand: A Case Series Using Motor Imagery2020

    • 著者名/発表者名
      Iwatsuki Katsuyuki、Hoshiyama Minoru、Oyama Shintaro、Yoneda Hidemasa、Shimoda Shingo、Hirata Hitoshi
    • 雑誌名

      Frontiers in Synaptic Neuroscience

      巻: 12 ページ: 7-7

    • DOI

      10.3389/fnsyn.2020.00007

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Magnetoencephalographic evaluation for the myoelectric hand prosthesis with tacit learning system.2019

    • 著者名/発表者名
      Iwatsuki K, Shimoda S, Hirata H, et al.
    • 雑誌名

      NeuroRehabilitation

      巻: 44 号: 1 ページ: 19-23

    • DOI

      10.3233/nre-182514

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Muscle spindle reinnervation using transplanted embryonic dorsal root ganglion cells after peripheral nerve transection in rats2019

    • 著者名/発表者名
      Asano Kenichi、Nakano Tomonori、Tokutake Katsuhiro、Ishii Hisao、Nishizuka Takanobu、Iwatsuki Katsuyuki、Onishi Tetsuro、Kurimoto Shigeru、Yamamoto Michiro、Tatebe Masahiro、Hirata Hitoshi
    • 雑誌名

      Cell Proliferation

      巻: 52 号: 5

    • DOI

      10.1111/cpr.12660

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Genetic Association between Swine Leukocyte Antigen Class II Haplotypes and Reproduction Traits in Microminipigs.2019

    • 著者名/発表者名
      Ando A. Imaeda N. Takasu M et al.
    • 雑誌名

      Cells

      巻: 26 号: 8 ページ: 783-783

    • DOI

      10.3390/cells8080783

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Influence of bimanual exercise on muscle activation in post-stroke patients2019

    • 著者名/発表者名
      Itkonen M, Garcia AC, Shimoda S
    • 雑誌名

      Robomech Journal

      巻: 6 ページ: 1-1

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Complete adult neurogenesis within a Wallerian degenerating nerve expressed as an ectopic ganglion.2018

    • 著者名/発表者名
      Nakano T, Kurimoto S, Hirata H, et al.
    • 雑誌名

      J Tissue Eng Regen Med.

      巻: 12 ページ: 1469-1480

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 神経筋接合部の制御2018

    • 著者名/発表者名
      栗本秀、中野智則、平田仁ほか
    • 雑誌名

      日本整形外科学会誌

      巻: 92 ページ: 1629-1629

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ES細胞由来運動神経細胞移植による末梢神経の運動機能再建2018

    • 著者名/発表者名
      新海宏明、岡田洋平、平田仁ほか
    • 雑誌名

      整形外科

      巻: 69 ページ: 1322-1322

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 末梢神経尊重治療の将来展望 脱神経筋をダーゲットとした末梢神経損傷治療2018

    • 著者名/発表者名
      栗本秀、中野智則、平田仁ほか
    • 雑誌名

      末梢神経

      巻: 29 ページ: 166-168

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 遠隔運動器診療の実際2021

    • 著者名/発表者名
      平田仁
    • 学会等名
      日本整形外科超音波学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 手をつなぐ 手外科を繋ぐ2021

    • 著者名/発表者名
      平田仁
    • 学会等名
      第64回日本手外科学会学術集会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 神経障害性疼痛2020

    • 著者名/発表者名
      平田仁
    • 学会等名
      海部整形外科医会20周年記念講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 末梢神経切断後のラットにおける後根神経節細胞移植による皮膚の固有受容器の神経再支配2019

    • 著者名/発表者名
      浅野研一、中野智則、平田仁ほか
    • 学会等名
      日本末梢神経学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 末梢神経切断後のラットにおける後根神経節細胞移植による筋紡錘の神経再支配2019

    • 著者名/発表者名
      浅野研一、中野智則、平田仁ほか
    • 学会等名
      日本手外科学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Textile-based Electrode Array for FES and sEMG Recording Fabricated by Screen Printing2019

    • 著者名/発表者名
      Lu W, Owaki M, Hayashibe M
    • 学会等名
      International Symposium on Micro-NanoMehatronics and Human Science
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 末梢神経切断後のラットにおける神経細胞移植による筋紡錘の神経再支配2018

    • 著者名/発表者名
      浅野研一、中野智則、平田仁ほか
    • 学会等名
      日本整形外科学会基礎学術集会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 異種移植における末梢神経へのES細胞由来運動神経細胞移植による運動機能再建2018

    • 著者名/発表者名
      新海宏明、岡田洋平、平田仁
    • 学会等名
      日本手の外科学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 末梢神経切断後のラットにおける神経細胞移植による筋紡錘の神経再支配2018

    • 著者名/発表者名
      浅野研一、中野智則、平田仁ほか
    • 学会等名
      日本整形外科学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ヒトiPS細胞由来運動神経前駆細胞の末梢神経移植による運動機能の再建2018

    • 著者名/発表者名
      丹羽智史、岡田洋平、平田仁
    • 学会等名
      日本整形外科学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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