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ブレインマシンインターフェイスと脳電気刺激法を併用した嚥下機能再建の新規治療戦略

研究課題

研究課題/領域番号 19K10218
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分57050:補綴系歯学関連
研究機関関西医科大学 (2022)
大阪大学 (2019-2021)

研究代表者

前澤 仁志  関西医科大学, リハビリテーション学部, 准教授 (80567727)

研究分担者 平田 雅之  大阪大学, 大学院医学系研究科, 特任教授(常勤) (30372626)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2019年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワード嚥下 / 脳機能 / 脳磁図 / 脳刺激 / 口腔機能 / 随意運動 / 機会学習 / 誤嚥 / ブレイン・マシン・インターフェイス / ニューロモデュレーション / 機械学習 / 脳機能解析 / tDCS / 脳波 / モーショントラッキング / 摂食嚥下
研究開始時の研究の概要

超高齢社会において急増する嚥下障害は誤嚥性肺炎などの重篤な疾患を引き起こすため社会問題となっている。しかし、嚥下に関わるヒト脳機能は解明されておらず、嚥下機能を再建する治療法も確立されていない。そこで本研究では、嚥下意図に関連する脳律動性反応を解読することで、嚥下関連筋を制御する“嚥下ブレイン・マシン・インターフェイス(BMI)装置”を開発する。さらに、口腔運動野への脳電気刺激を行うことで嚥下関連筋の筋力増強を図る。本研究において嚥下機能再建のための先駆的な新規治療法の確立を目指す。

研究成果の概要

健常者や高齢者の摂食嚥下機能の中枢制御機構ならびに嚥下機能向上に結びつく下記の成果を得た。1. 脳機能解析と機械学習とを組み合わせた新たな脳機能解析手法を用いて舌随意運動における大脳皮質の時間空間情報処理機構を明らかにした。2. 高齢者における歌唱トレーニングと嚥下機能との関連について明らかにし、歌唱トレーニングの嚥下機能維持への有効性性を支持する結果を得た。3. 両側舌運動野を同時刺激する手法を確立し、舌運動野の可塑性変化を誘導することに成功した。
今後、我々が開発した嚥下機能評価法や口腔運動時脳機能解析法を有機的に融合し、新規嚥下機能再建法の確立に臨床応用する。

研究成果の学術的意義や社会的意義

摂食嚥下機能は外界から栄養を取り入れるための生命維持に不可欠な機能であるだけでなく、“食の楽しみ”など生活の質(QOL)の向上にも密接に関与している。本研究では機械学習を用いた運動機能解析技術を用いて舌運動の中枢制御機構を明らかにした。さらに、両側半球への同時経頭蓋電流刺激法を確立し舌運動機能向上に成功した。これらの成果は、超高齢化社会を迎え急速に増加している摂食嚥下障害の患者に対し、嚥下機能の改善につながる成果であり社会的意義がある。

報告書

(5件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 2件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 10件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 4件、 招待講演 8件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Leibniz Research Center(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Effects of botulinum toxin therapy on health-related quality of life evaluated by the Oromandibular Dystonia Rating Scale.2022

    • 著者名/発表者名
      Yoshida K
    • 雑誌名

      Toxins

      巻: 14 号: 11 ページ: 656-656

    • DOI

      10.3390/toxins14110751

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Singing Experience Influences RSST Scores2022

    • 著者名/発表者名
      Yagi Naomi、Sakai Yoshitada、Kawamura Naoko、Maezawa Hitoshi、Hata Yutaka、Hirata Masayuki、Kashioka Hideki、Yanagida Toshio
    • 雑誌名

      Healthcare

      巻: 10 号: 2 ページ: 377-377

    • DOI

      10.3390/healthcare10020377

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Functional cortical localization of tongue movements using corticokinematic coherence with a deep learning-assisted motion capture system2022

    • 著者名/発表者名
      Maezawa Hitoshi、Fujimoto Momoka、Hata Yutaka、Matsuhashi Masao、Hashimoto Hiroaki、Kashioka Hideki、Yanagida Toshio、Hirata Masayuki
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-021-04469-0

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Motor and sensory cortical processing of neural oscillatory activities revealed by human swallowing using intracranial electrodes2021

    • 著者名/発表者名
      Hashimoto Hiroaki、Takahashi Kazutaka、Kameda Seiji、Yoshida Fumiaki、Maezawa Hitoshi、Oshino Satoru、Tani Naoki、Khoo Hui Ming、Yanagisawa Takufumi、Yoshimine Toshiki、Kishima Haruhiko、Hirata Masayuki
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 24 号: 7 ページ: 102786-102786

    • DOI

      10.1016/j.isci.2021.102786

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Swallowing‐related neural oscillation: an intracranial EEG study2021

    • 著者名/発表者名
      Hashimoto Hiroaki、Takahashi Kazutaka、Kameda Seiji、Yoshida Fumiaki、Maezawa Hitoshi、Oshino Satoru、Tani Naoki、Khoo Hui Ming、Yanagisawa Takufumi、Yoshimine Toshiki、Kishima Haruhiko、Hirata Masayuki
    • 雑誌名

      Annals of Clinical and Translational Neurology

      巻: 8 号: 6 ページ: 1224-1238

    • DOI

      10.1002/acn3.51344

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Relationship between Singing Experience and Laryngeal Movement Obtained by DeepLabCut2021

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Shuri、Hata Yutaka、Yagi Naomi、Kawamura Naoko、Kashioka Hideki、Yanagida Toshio、Hirata Masayuki、Maezawa Hitoshi、Sakai Yoshitada
    • 雑誌名

      IEEE International Conference on Cybernetics(CYBCONF)

      巻: - ページ: 73-78

    • DOI

      10.1109/cybconf51991.2021.9464133

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Swallowing Decoder Based on Deep Transfer Learning: AlexNet Classification of the Intracranial Electrocorticogram2020

    • 著者名/発表者名
      Hashimoto Hiroaki、Kameda Seiji、Maezawa Hitoshi、Oshino Satoru、Tani Naoki、Khoo Hui Ming、Yanagisawa Takufumi、Yoshimine Toshiki、Kishima Haruhiko、Hirata Masayuki
    • 雑誌名

      International Journal of Neural Systems

      巻: - 号: 11 ページ: 2050056-2050056

    • DOI

      10.1142/s0129065720500562

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書 2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Transcranial Direct Current Stimulation over the tongue motor cortex reduces appetite in healthy humans2020

    • 著者名/発表者名
      Vicario C.M.、Salehinejad M.A.、Mosayebi-Samani M.、Maezawa H.、Avenanti A.、Nitsche M.A.
    • 雑誌名

      Brain Stimulation

      巻: in press 号: 4 ページ: 1121-1123

    • DOI

      10.1016/j.brs.2020.05.008

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書 2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Entrainment of chewing rhythm by gait speed during treadmill walking in humans2020

    • 著者名/発表者名
      Maezawa Hitoshi、Koganemaru Satoko、Matsuhashi Masao、Hirata Masayuki、Funahashi Makoto、Mima Tatsuya
    • 雑誌名

      Neuroscience Research

      巻: in press ページ: 88-94

    • DOI

      10.1016/j.neures.2020.02.008

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書 2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effects of bilateral anodal transcranial direct current stimulation over the tongue primary motor cortex on cortical excitability of the tongue and tongue motor functions2020

    • 著者名/発表者名
      Hitoshi Maezawa, Carmelo Mario Vicario, Min-Fang Kuo, Masayuki Hirata, Tatsuya Mima, Michael A. Nitsche
    • 雑誌名

      Brain Stimulation

      巻: 13 号: 1 ページ: 270-272

    • DOI

      10.1016/j.brs.2019.10.005

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書 2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Swallowing-related neural oscillation: An intracranial EEG study2020

    • 著者名/発表者名
      Hashimoto Hiroaki、Takahashi Kazutaka、Kameda Seiji、Yoshida Fumiaki、Maezawa Hitoshi、Oshino Satoru、Tani Naoki、Khoo Hui Ming、Yanagisawa Takufumi、Yoshimine Toshiki、Kishima Haruhiko、Hirata Masayuki
    • 雑誌名

      Annals of Clinical and Translational Neurology

      巻: -

    • DOI

      10.1101/2020.12.05.412783

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Singing experience influences swallowing function2020

    • 著者名/発表者名
      Yagi Naomi、Sakai Yoshitada、Kawamura Naoko、Maezawa Hitoshi、Hata Yutaka、Hirata Masayuki、Kashioka Hideki、Yanagida Toshio
    • 雑誌名

      Research Square

      巻: -

    • DOI

      10.21203/rs.3.rs-116319/v1

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [学会発表] Neurophysiological Basis of Deep Brain Stimulation and Botulinum Neurotoxin Injection for Treating Oromandibular Dystonia.2022

    • 著者名/発表者名
      Maezawa H, Fujimoto M, Hata Y, Matsuhashi M, Hashimoto H, Suzuki T, Hirata M
    • 学会等名
      22nd International Conference on Biomagnetism
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 脳磁図計測における歯科用金属由来アーチファクトの影響2022

    • 著者名/発表者名
      前澤仁志,松橋眞生,吉田和也,澤本伸克,美馬達哉,福山秀直,平田雅之,長峯隆
    • 学会等名
      第37回日本生体磁気学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ヒトの舌感覚運動機能とその異常:脳磁図による中枢制御機構解明2022

    • 著者名/発表者名
      前澤仁志,吉田和也,橋本洋章,平田雅之
    • 学会等名
      第52回日本臨床神経生理学会学術大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 深層学習を用いたキャプチャーモーションによる大脳皮質―指運動コヒーレンス解析2022

    • 著者名/発表者名
      前澤仁志,畑豊,平田雅之
    • 学会等名
      第27回日本基礎理学療法学会学術大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Sensorimotor functions of oral regions with non-invasive brain measurements2021

    • 著者名/発表者名
      Maezawa H
    • 学会等名
      Human Brain Research Center Seminar, Kyoto university
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Cortical mechanisms of tongue motor functions in humans2020

    • 著者名/発表者名
      Maezawa H. Mima T, Nitsche M, Hirata M.
    • 学会等名
      Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 深層学習を用いたキャプチャーモーションによる皮質―指運動コヒーレンス解析2020

    • 著者名/発表者名
      前澤仁志,畑豊,松橋眞生,橋本洋章,鈴木隆文,平田雅之
    • 学会等名
      日本臨床神経生理学会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Cortical mechanisms of tongue motor functions in humans : MEG and tDCS studies2020

    • 著者名/発表者名
      Maezawa Hitoshi
    • 学会等名
      CiNet's Friday Lunch Seminars
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Cortical mechanisms of tongue motor functions in humans : MEG and tDCS studies2019

    • 著者名/発表者名
      Maezawa Hitoshi
    • 学会等名
      Neural Oscillation Conference 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Central sensorimotor processing of the tongue using magnetoencephalography2019

    • 著者名/発表者名
      Maezawa Hitoshi
    • 学会等名
      International Symposium of MEI Center Osaka University Medical Engineering of Orofacial Laryngopharyngeal Function
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 舌運動による舌・口蓋刺激誘発20-Hz脳磁場活動の変化2019

    • 著者名/発表者名
      前澤 仁志, 柳生 一自, 白石 秀明, 橋本 洋章, 平田 雅之
    • 学会等名
      日本生体磁気学会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [備考]

    • URL

      https://www2.med.osaka-u.ac.jp/ndr/

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2019-04-18   更新日: 2024-01-30  

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