筋活動パターンのリアルタイムフィードバックシステムの開発

• 研究課題/領域番号: 20K09448
• 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56020:整形外科学関連
• 研究機関: 独立行政法人国立病院機構東名古屋病院(臨床研究部)
• 研究代表者: 竹内 裕喜 独立行政法人国立病院機構東名古屋病院(臨床研究部), 独立行政法人国立病院機構東名古屋病院, その他 (90809253)
• 研究分担者: 野嶌 一平 信州大学, 医学部, 准教授(特定雇用) (20646286) ; 松井 佑介 名古屋大学, 医学系研究科(保健), 准教授 (90761495)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2020年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 筋間コヒーレンス / 脳卒中 / 立位動作 / 立位制御課題 / 足圧中心 / 立位課題 / 筋電図 / フィードバック / 運動学習

研究開始時の研究の概要

ヒトの運動を構成する生体活動をネットワークとして捉えることで、脳卒中患者をはじめとする疾病に起因する異常なネットワークを抽出し、その異常を是正する介入戦略の開発を目指す。具体的には、非侵襲的かつ簡便に抽出が可能であり、随意的な制御が可能な筋活動を使った新しいフィードバックトレーニングの開発および臨床での効果検証を行う。特に、ヒトの運動をネットワークとして捉えた際のモジュール変化をネットワーク解析から抽出する解析方法を開発していく。さらに、脳卒中患者から得られる大規模データから、開発したフィードバックシステムの臨床応用の可能性を探っていく。

研究成果の概要

筋間コヒーレンス解析から中枢神経活動を評価することで、脳卒中患者の姿勢異常の生理学的機構を明らかにするとともに、神経生理学的パラメータを利用した新たな介入方法の開発を行った。
脳卒中患者では、立位動揺が大きいほど皮質下レベルでの神経活動を表すδ帯域コヒーレンスが小さい傾向を示した。つまり、立位を安定させるために皮質下レベルの活動を代償的に向上させている可能性が示唆された。
介入に関しては、コヒーレンス値をリアルタイムにフィードバックするシステムを開発し、比較対照試験を実施し、対象筋間のコヒーレンスを任意に増強できる可能性を示した。今後、縦断的な介入を脳卒中患者を対象に進めていく必要がある。

研究成果の学術的意義や社会的意義

超高齢社会が進む本邦において、脳卒中患者の能力障害に対する効果的なリハビリテーションの開発は喫緊の課題である。特に、立位動作は日常生活レベルに大きく関係するため、立位の獲得は重要な課題である。本研究では、脳卒中患者の立位動作異常の生理学的メカニズムの解明および神経系への直接的な介入が可能となるフィードバックシステムの開発を行った。
本研究で開発したフィードバックシステムを用いた介入実験では、５日間のトレーニングにおいて任意に神経活動を高めることが可能であり、臨床での縦断的介入試験に進んでいくことを予定している。

研究成果

• [雑誌論文] 地域在住高齢者におけるロコモ度1と身体機能評価の関連性についての検討 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小林 達矢、竹中 裕人、立松 典篤、井上 倫恵、白井 祐也、野口 泰司、野嶌 一平、杉浦 英志
  • 雑誌名: 理学療法学 巻: 49 号: 3 ページ: 212-219
  • DOI: 10.15063/rigaku.12154
  • ISSN: 0289-3770, 2189-602X
  • 年月日: 2022-06-20
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparative Study of Foot Fixation Methods and Sensor Arrangements in Ankle Joint Torque Measurement Equipment (2022)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi Kazuki、Sugawara Keito、Nojima Ippei、Tsuji Toshiaki
  • 雑誌名: IEEE Access 巻: 10 ページ: 114040-114047
  • DOI: 10.1109/access.2022.3218012
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Repetitive training of contralateral limb through reconsolidation strengthens motor skills (2022)
  • 著者名/発表者名: Gyoda Tomoya、Ishida Kazuto、Watanabe Tatsunori、Nojima Ippei
  • 雑誌名: Neuroscience Letters 巻: 766 ページ: 136306-136306
  • DOI: 10.1016/j.neulet.2021.136306
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Strengthening the GABAergic System Through Neurofeedback Training Suppresses Implicit Motor Learning (2022)
  • 著者名/発表者名: Gyoda Tomoya、Nojima Ippei、Lin Su-Chuan、Koganemaru Satoko、Mima Tatsuya、Tanabe Shigeo、Huang Ying-Zu
  • 雑誌名: Neuroscience 巻: 488 ページ: 112-121
  • DOI: 10.1016/j.neuroscience.2022.02.002
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Brain-Computer Interface Training Based on Brain Activity Can Induce Motor Recovery in Patients With Stroke: A Meta-Analysis (2021)
  • 著者名/発表者名: Nojima Ippei、Sugata Hisato、Takeuchi Hiroki、Mima Tatsuya
  • 雑誌名: Neurorehabilitation and Neural Repair 巻: 36 号: 2 ページ: 83-96
  • DOI: 10.1177/15459683211062895
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Navigated repetitive transcranial magnetic stimulation as preoperative assessment in patients with brain tumors (2020)
  • 著者名/発表者名: Motomura Kazuya、Takeuchi Hiroki、Nojima Ippei、Aoki Kosuke、Chalise Lushun、Iijima Kentaro、Wakabayashi Toshihiko、Natsume Atsushi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 1-1
  • DOI: 10.1038/s41598-020-65944-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Smaller muscle mass is associated with increase in EMG-EMG coherence of the leg muscle during unipedal stance in elderly adults (2020)
  • 著者名/発表者名: Ippei Nojima, Yuki Suwa, Hideshi Sugiura, Taiji Noguchi, ShigeovTanabe, Tatsuya Mima, Tatsunori Watanabe
  • 雑誌名: Human Movement Science 巻: 71 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1016/j.humov.2020.102614
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Role of beta-band resting-state functional connectivity as a predictor of motor learning ability (2020)
  • 著者名/発表者名: Sugata Hisato、Yagi Kazuhiro、Yazawa Shogo、Nagase Yasunori、Tsuruta Kazuhito、Ikeda Takashi、Nojima Ippei、Hara Masayuki、Matsushita Kojiro、Kawakami Kenji、Kawakami Keisuke
  • 雑誌名: NeuroImage 巻: 210 ページ: 116562-116562
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2020.116562
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnification of visual feedback modulates corticomuscular and intermuscular coherences differently in young and elderly adults (2020)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Tatsunori、Nojima Ippei、Mima Tatsuya、Sugiura Hideshi、Kirimoto Hikari
  • 雑誌名: NeuroImage 巻: 220 ページ: 117089-117089
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2020.117089
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Coordinated demethylation of H3K9 and H3K27 is required for rapid inflammatory responses of endothelial cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Higashijima Y, Matsui Y, Shimamura T, Nakaki R, Nagai N, Tsutsumi S, Abe Y, Link VM, Osaka M, Yoshida M, Watanabe R, Tanaka T, Taguchi A, Miura M, Ruan X, Li G, Inoue T, Nangaku M, Kimura H, Furukawa T, Aburatani H, Wada Y, Ruan Y, Glass CK, Kanki Y
  • 雑誌名: The EMBO Journal 巻: 39 号: 7 ページ: 1-1
  • DOI: 10.15252/embj.2019103949
  • NAID: 120006902140
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] パーキンソン病患者に対するClosed-loop脳刺激介入の 即時的効果 (2022)
  • 著者名/発表者名: 野嶌一平
  • 学会等名: 第20回日本神経理学療法学会
• [学会発表] 神経筋ネットワーク解析に基づく介入の創発に向けて (2022)
  • 著者名/発表者名: 野嶌一平
  • 学会等名: 第20回日本神経理学療法学会
  • 招待講演
• [学会発表] 非侵襲脳刺激によるテーラーメイド歩行介入 (2022)
  • 著者名/発表者名: 野嶌一平
  • 学会等名: 第20回日本神経理学療法学会
  • 招待講演
• [学会発表] ニューロフィードバック技術の臨床応用に向けて (2022)
  • 著者名/発表者名: 野嶌一平
  • 学会等名: 第27回日本基礎理学療法学会
• [学会発表] 脳卒中患者の静止立位における 下肢筋間コヒーレンスと身体動揺との関係 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山中英士, 川上途行, 後藤凌介, 立石貴樹, 近藤国嗣, 野嶌一平
  • 学会等名: 第27回日本基礎理学療法学会
• [学会発表] 再現性を重視した筋シナジー解析アルゴリズムの提案 (2022)
  • 著者名/発表者名: 松井佑介、野嶌一平
  • 学会等名: 第27回日本基礎理学療法学会
• [学会発表] 多群比較のための固定NMFによる筋シナジー変動解析手法の提案 (2022)
  • 著者名/発表者名: 宇野光平、松井佑介、野嶌一平
  • 学会等名: 第27回日本基礎理学療法学会
• [学会発表] OpenPoseを用いた5回立ち上がりテストにおける 関節角度の測定精度 (2022)
  • 著者名/発表者名: 野池貫志、井ノ上真白、野嶌一平
  • 学会等名: 第27回日本基礎理学療法学会
• [学会発表] コヒーレンスフィードバック介入による立位姿勢制御調整 (2021)
  • 著者名/発表者名: 野嶌一平、堀内祐希、宇野光平、松井佑介、金沢星慶、竹内裕喜
  • 学会等名: 第21回基礎理学療法学会
• [学会発表] 皮質筋コヒーレンス解析に基づくリアルタイムニューロフィードバックアプローチ (2021)
  • 著者名/発表者名: 野嶌一平、金沢星慶
  • 学会等名: 第2回物理療法研究会