多角的計測に基づく歩行の環境適応メカニズムの計算論的理解

• 研究課題/領域番号: 20033030
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 独立行政法人国立精神・神経医療研究センター
• 研究代表者: 花川 隆 独立行政法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所疾病研究第七部, 室長 (30359830)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2009
• 研究課題ステータス: 完了 (2009年度)
• 配分額: 10,700千円 (直接経費: 10,700千円); 2009年度: 5,300千円 (直接経費: 5,300千円); 2008年度: 5,400千円 (直接経費: 5,400千円)
• キーワード: 歩行制御 / イメージング / 計算論神経科学 / 医工連携 / 環境適応

研究概要

(1) 運動中の脳活動は、運動の結果としての固有感覚処理に伴う脳活動を含むため、解釈には注意が必要である。そこで磁気刺激-fMRIの同時計測システムを応用し、表面筋電図の同時計測と末梢神経刺激により中枢神経系の活動を伴わない筋活動誘発条件を併用することで、運動に伴い発生する固有知覚入力量を補正することのできる脳機能イメージング手法を開発した。結果、運動閾値上の磁気刺激により誘発される脳活動の大部分は感覚処理ではなく誘発性脳活動であることが示された(投稿準備中)。
(2) 歩行の環境適応メカニズムを計算論レベルで理解するための基礎知識を得ることを目的として、歩行・姿勢制御課題中にバイオメカニクス的情報と脳活動を同時に測定することのできるシステムを開発した。歩行・姿勢制御に伴う動作解析のためピエゾ素子を使用した床反力計、歩行や姿勢課題時に懸念される動作ノイズに強いアクティブ電極による8チャンネル筋電図と高速カメラを統合した計測システムを構築した。脳活動の計測系としてトレッドミル歩行時の計測にも応用可能な近赤外線スペクトロスコピー装置を導入し、動作解析と脳活動の同時計測システムを完成させた。
(3) 経頭蓋直流電気刺激(tDCS)を下肢の一次運動野に適応することにより、健常被験者において下肢の筋力を一時的に促進しうることを初めて示した。神経リハビリテーションへの応用を目指し、tDCSが脳卒中後患者の下肢運動機能に与える影響を検討した。

研究成果

• [雑誌論文] Differential effect of double-pulse TMS applied to dorsal premotor cortex andprecuneus during internal operation of visuospatial information. (2010)
  • 著者名/発表者名: Oshio R, Tanaka S, Sadato N, Sokabe M, Hanakawa T, Honda M
  • 雑誌名: Neurolmage 49 ページ: 1108-15
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gait disturbance associated with white matter changes : a gait analysis and blood flow study. (2010)
  • 著者名/発表者名: Iseki K, Hanakawa T, et al.
  • 雑誌名: Neurolmage 49 ページ: 1659-66
  • 査読あり
• [雑誌論文] 運動計画における前頭前野と運動前野の役割 (2009)
  • 著者名/発表者名: 花川隆
  • 雑誌名: Climcal Neuroscience 27 ページ: 799-802
• [雑誌論文] 脳機能イメージングによるヒト二足歩行の中枢神経制御機構の解明 (2009)
  • 著者名/発表者名: 花川隆
  • 雑誌名: Equilibrium Research 68 ページ: 176-182
  • NAID: 10026088310
  • 査読あり
• [雑誌論文] Involvement of insula and cingulate cortices in control and suppression of naturalurges. (2009)
  • 著者名/発表者名: Lerner A, Bagic A, Hanakawa T, et al.
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 19 ページ: 218-23
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional coupling underlying motor and cognitive functions of the dorsal premotorcortex. (2009)
  • 著者名/発表者名: Abe M, Hanakawa T
  • 雑誌名: Behavioural Brain Research 198 ページ: 13-23
  • 査読あり
• [雑誌論文] Connectivity and signal intensity in the parieto-occipital cortex predicts top-downattentional effect in visual masking : an fMRI study based on individual differences. (2009)
  • 著者名/発表者名: Tsubomi H, Ikeda T, Hanakawa T, Hirose N, Fukuyama H, Osaka N
  • 雑誌名: Neurolmage 45 ページ: 587-97
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stimulus-response profile during single-pulse transcranial magnetic stimulation to the primary motor cortex. (2009)
  • 著者名/発表者名: Hanakawa T, Mima T, Matsumoto R, et al.
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 19 ページ: 2605-15
  • 査読あり
• [雑誌論文] A novel composite targeting method using high-field magnetic resonance imaging for subthalamic nucleus deep brain stimulation. (2009)
  • 著者名/発表者名: Toda H, Sawamoto N, Hanakawa T, et al.
  • 雑誌名: Journal of Neurosurgery 111 ページ: 737-45
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impairment of the cortical GABAergic inhibitory system in catatonic stupor : a case report with neuroimaging. (2009)
  • 著者名/発表者名: Iseki K, et al(8人省略5番日)
  • 雑誌名: Epileptic Disorders 11 ページ: 126-31
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of pinch force in the lower leg by anodal transcranial direct current stimulation. (2009)
  • 著者名/発表者名: Tanaka S, Hanakawa T, Honda M, Watanabe K
  • 雑誌名: Experimental Brain Research 196 ページ: 459-65
  • 査読あり
• [雑誌論文] Is the insula responsible for suppression of natural urges? (2009)
  • 著者名/発表者名: Lerner A, Bagic A, Hanakawa T, Boudreau EA, Pagan F, Mari Z, Bara-Jimenez W, Aksu M, Sato S, Murphy DL, Hallett M
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 19 ページ: 218-223
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional coupling underlying motor and cognitive functions of the dorsal premotor cortex (2009)
  • 著者名/発表者名: Abe M, Hanakawa T
  • 雑誌名: Behavioural Brain Research 198 ページ: 13-23
  • 査読あり
• [雑誌論文] The representation of blinking movement in cingulate motor areas : a functional mgnetic resonance imaging study (2008)
  • 著者名/発表者名: Hanakawa T, Dimyan MA, Halleftt M
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 18 ページ: 930-937
  • 査読あり
• [雑誌論文] Motor planning, imagery and execution : a time-course study with fun ctional MRI (2008)
  • 著者名/発表者名: Hanakawa T, Dimyan MA, Halleftt M
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 18 ページ: 2775-2788
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neural mechmisms involved in observation and imagery of gait movement (2008)
  • 著者名/発表者名: Iseki K, Hanakawa T, Shinozaki J, Nankaku M, Fukuyama H.
  • 雑誌名: Neuroimage 41 ページ: 1021-1031
  • 査読あり
• [雑誌論文] The stereokinetic effect reveals different roles of the lateral occipito-temporal and parietal cortex for 3-D perception from motion : An fMRI study (2008)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto T, Takahashi S, Hanakawa T, Urayama S, Fukuyama H, Ejima Y.
  • 雑誌名: Journal of Vision 8 ページ: 1-17
  • 査読あり
• [雑誌論文] High resolution MRI revealed small orbitofrontal traumatic lesions responsible for behavioral changes (2008)
  • 著者名/発表者名: Namiki C, Yamada M, Yoshida H, Hanakawa T, Fukuyama H, Murai T
  • 雑誌名: Neurocase 14 ページ: 474-479
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hemispheric asymmetry of the arcuate fasciculus in patients with unilateral language dominancy defined by Wada test (2008)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto R, Okada T, Mikuni N, Mitsueda T, Taki J, Sawamoto N, Hanakawa T, Miki Y, Ikeda A, Hashimoto N, Fukuyama H, Takahashi RiZ, Bara-Jimenez W, Aksu M, Sato S, Murphy DL, Hallett M
  • 雑誌名: Journal of Neurology 255 ページ: 1703-1711
  • 査読あり
• [雑誌論文] 基底核と認知 (2008)
  • 著者名/発表者名: 花川隆
  • 雑誌名: 分子精神医学 8 ページ: 41-47
• [雑誌論文] Differential Contribution of the Supplementary Motor Area to Stabilization of aProcedural Motor Skill Acquired through Different Practice Schedules.
  • 著者名/発表者名: Tanaka S, Honda M, Hanakawa T, Cohen LG
  • 雑誌名: Cerebral Cortex (In press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cerebro-cerebellar Interactions Underlying Temporal Information Processing.
  • 著者名/発表者名: Aso K, Hanakawa T, Aso T, Fukuyama H
  • 雑誌名: Journal of Cognitive Neuroscience (In press)
  • 査読あり
• [学会発表] Pathophysiology of gait disturbance in age-related white matter changes : a combinedgait analysis and blood flow study (2010)
  • 著者名/発表者名: Iseki K, Hanakawa T, Hallett M, Fukuyama H
  • 学会等名: The 3rd International Congress on Gait and Mental Function
  • 発表場所: Omni Shoreham Hotel, Washington DC, USA
  • 年月日: 2010-02-26
• [学会発表] The neural corcelates of the sensorimotor rhythms as revealed by simultaneous EEG-tMRI : implications for brain-computer interfaces (2009)
  • 著者名/発表者名: Hanakawa T, Kaneko E, Omata K
  • 学会等名: The 3rd International Symposium on Mobiligence 2009
  • 発表場所: 淡路夢舞台、淡路島
  • 年月日: 2009-11-20
• [学会発表] 多次元イメージングによる神経ネットワークの評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 花川隆
  • 学会等名: 第39回日本臨床神経生理学会:シンポジウム
  • 発表場所: 北九州国際会議場、北九州
  • 年月日: 2009-11-19
• [学会発表] EEG-fMRI同時計測における呼吸変動の影響 (2009)
  • 著者名/発表者名: 小俣圭、花川隆、本田学
  • 学会等名: 第39回日本臨床神経生理学会
  • 発表場所: 北九州国際会議場、北九州
  • 年月日: 2009-11-19
• [学会発表] 閉眼安静状態における中心部 律動および 律動に相関する脳活動 (2009)
  • 著者名/発表者名: 金子瑛士、花川隆、小俣圭、本田学
  • 学会等名: 第39回日本臨床神経生理学会
  • 発表場所: 北九州国際会議場、北九州
  • 年月日: 2009-11-19
• [学会発表] Towards Understanding of Neural Control of Movement : Simultaneous Mulitidisciplinary Neuroimaging (2009)
  • 著者名/発表者名: 花川隆
  • 学会等名: 磁気刺激の臨床応用と安全性に関する研究会
  • 発表場所: 北九州国際会議場、北九州
  • 年月日: 2009-11-18
• [学会発表] Neuroimaging Approach to Understanding of Gait Disturbances in Parkinson's Disease and Related Disorders (2009)
  • 著者名/発表者名: 花川隆
  • 学会等名: 第18回パーキンソン病治療研究会
  • 発表場所: 赤坂プリンスホテル、東京
  • 年月日: 2009-09-26
• [学会発表] Correlation between cortico-subcortical gray matter volume and proficiency in second language (2009)
  • 著者名/発表者名: 細田千尋、花川隆、田中悟志、成相直、大野喜久雄、本田学
  • 学会等名: 第32回日本神経科学学会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場、名古屋
  • 年月日: 2009-09-18
• [学会発表] 運動・認知迅速操作における基底核の機能 (2009)
  • 著者名/発表者名: 花川隆, Mark Hallett
  • 学会等名: 第32回日本神経科学学会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場、名古屋
  • 年月日: 2009-09-17
• [学会発表] The role of cerebro-cerebellar intelactions in temporal information processing (2009)
  • 著者名/発表者名: 麻生謙二、花川隆、麻生俊彦、福山秀直
  • 学会等名: 第32回日本神経科学学会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場、名古屋
  • 年月日: 2009-09-16
• [学会発表] Analysis of simultaneous recording of spontaneous EEG and fMRI (2009)
  • 著者名/発表者名: 小俣圭、森本雅子、花川隆、本田学
  • 学会等名: 第32回日本神経科学学会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場、名古屋
  • 年月日: 2009-09-16
• [学会発表] 整形外科領域における脳機能イメージング応用の可能性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 花川隆
  • 学会等名: 第9回群馬大学整形外科卒後研修会
  • 発表場所: 群馬大学、前橋
  • 年月日: 2009-08-30
• [学会発表] 競技経験が運動予測および予測に関わる脳活動に及ぼす影響について (2009)
  • 著者名/発表者名: 持永新、古田島浩子、花川隆、柳原大
  • 学会等名: 第17回日本運動生理学会大会
  • 発表場所: 慈恵医科大学、東京
  • 年月日: 2009-07-25
• [学会発表] Keynote : Neuroimaging Studies of Motor-related Behavior (2009)
  • 著者名/発表者名: Hanakawa T
  • 学会等名: Japan-Italy International Seminar : Musculoskeletal System and Computational Neuroscience for Rehabilitation
  • 発表場所: Istituto Italiano di Tecnologia, Genoa, Italy
  • 年月日: 2009-06-18
• [学会発表] Mechanisms underlying cognitive and motor slowing in Parkinson's disease (2009)
  • 著者名/発表者名: Hanakawa T, Hallett M
  • 学会等名: 13^<th> International Congress of Movement Disorder Society
  • 発表場所: Le Palais Des Congres de Paris, Paris, France
  • 年月日: 2009-06-09
• [学会発表] パーキンソン病の認知・運動遅延の神経基盤 (2009)
  • 著者名/発表者名: 花川隆
  • 学会等名: 第50回日本神経学会総会
  • 発表場所: 仙台国際センター、仙台
  • 年月日: 2009-05-22
• [学会発表] 多モダリティイメージングによる脳領域間連関計測へのアプローチ (2008)
  • 著者名/発表者名: 花川隆
  • 学会等名: 第38回日本臨床神経生理学会・学術大会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2008-11-18
• [学会発表] Parallel basal ganglia-frontal cortical loops for the control of motor and cognitive agility (2008)
  • 著者名/発表者名: Hanakawa T, Hallett M
  • 学会等名: Neuroscience 2008
  • 発表場所: Washington DC, USA
  • 年月日: 2008-11-17
• [学会発表] 歩行-中枢 (2008)
  • 著者名/発表者名: 花川隆
  • 学会等名: 第67回日本めまい平衡学会総会
  • 発表場所: 秋田
  • 年月日: 2008-10-30
• [学会発表] Does mental rotation of hands and feet involve somatotopically organlzed brain regions? (2008)
  • 著者名/発表者名: Hanakawa T, Hosoda C, Honda M
  • 学会等名: 14th Annual Meeting of the Organization for Human Brain Mapping
  • 発表場所: Melbourne, Australia
  • 年月日: 2008-06-16
• [学会発表] 行動制御における大脳基底核・皮質系の役割 : 脳機能イメージングからの知見 (2008)
  • 著者名/発表者名: 花川隆
  • 学会等名: ロボテイクス・メカトロニクス講演会2008
  • 発表場所: 長野
  • 年月日: 2008-06-05
• [学会発表] 運動実行・認知処理速度に関わる基底核皮質活動 (2008)
  • 著者名/発表者名: 花川隆、Mark Hallett
  • 学会等名: 第2回Motor Control研究会
  • 発表場所: 岡崎
  • 年月日: 2008-05-30
• [学会発表] 運動・認知実行速度に関わる脳活動とその加齢性変化 (2008)
  • 著者名/発表者名: 花川隆、Mark Hallett
  • 学会等名: 第49回日本神経学会総会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2008-05-16
• [図書] シリーズ移動知 第2巻 身体適応-歩行運動の神経機構とシステムモデル 第三章第二・三節pp.81-97(土屋和男、高草木薫、萩原直道編) (2010)
  • 著者名/発表者名: 花川隆
  • 総ページ数: 320
  • 出版者: オーム社