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大脳刺激・神経筋刺激・ロボット訓練による難治性疼痛と運動麻痺の同時克服への挑戦

研究課題

研究課題/領域番号 22K18781
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分20:機械力学、ロボティクスおよびその関連分野
研究機関大阪大学

研究代表者

平井 宏明  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 准教授 (60388147)

研究分担者 齋藤 洋一  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 特任教授 (20252661)
研究期間 (年度) 2022-06-30 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2023年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード中枢性脳卒中後疼痛 / 運動機能回復 / 反復経頭蓋磁気刺激 / 機能的電気刺激 / ロボット訓練
研究開始時の研究の概要

難治性神経障害である中枢性脳卒中後疼痛は,患者の生活の質の低下は元より,患者を機能回復へ導くリハビリテーションの障壁となっている.こうした中,近年,脳神経科学の分野で「疼痛により運動が困難な麻痺肢を積極的に運動させることが脳の可塑性を誘発し,疼痛と麻痺の改善に繋がる」ことが示唆されている.では,如何にしてこの「疼痛・麻痺」と「運動」の相反する要求を満たし,治療として実現できるだろうか.本研究では,反復経頭蓋磁気刺激,機能的電気刺激,ロボット訓練のそれぞれ作用機序の異なる介入手段を組み合わせることで,除痛と運動機能回復を同時に実現する多様式な治療法を探索し,その科学的根拠の獲得を目指す.

研究実績の概要

難治性神経障害である中枢性脳卒中後疼痛は,患者の生活の質の低下は元より,患者を機能回復へ導くリハビリテーションの障壁となっている.こうした中,近年,脳神経科学の分野では「疼痛により運動が困難な麻痺肢を積極的に運動させることが脳の可塑性を誘発し,疼痛と麻痺の改善に繋がる」ことが示唆されている.では,如何にしてこの「疼痛・麻痺」と「運動」の相反する要求を満たし,治療として実現できるだろうか.本研究では,反復経頭蓋磁気刺激,機能的電気刺激,ロボット訓練のそれぞれ作用機序の異なる介入手段を組み合わせることで,除痛と運動機能回復を同時に実現する多様式な治療法を探索し,その科学的根拠の獲得を目指す.ここでは,ロボット訓練として,筋シナジー仮説に基づく運動療法を採用する.
昨年度に生じた想定外の機材の不具合より研究期間の延長を余儀なくされる中,本年度は阪大開発のリハロボットおよび筋シナジー解析技術を用いて,共同運動を特徴づける運動協調の5つの工学的指標(①運動学,②筋シナジー,③手先インピーダンス,④手先平衡点,⑤手先力)の評価の洗練化を行った.②③④は筋骨格系の数理モデルより算出される物理的指標であり,工学から医学への提案指標である.推定される運動特徴量は中枢神経系の運動指令を反映しており,異常運動の定量評価に貢献する.同手法を上肢到達運動を含む多様な身体運動の解析や訓練に適用することで,仮説に基づく運動の評価,介入,およびその周辺技術について科学的知見を深めた.結果は,「手先平衡点の操作性が向上するように,肢内のインピーダンスのバランスを調整することが本質的である」ことを示唆し,今後の展開への大きな足掛かりとなった.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

実験実施に不可欠な機材(ロボットアーム)が初年度に故障し,原因の特定と修理に長期の時間を要し,その間,研究を中断せざるを得なかったため.

今後の研究の推進方策

予期せぬ事態のため,研究期間を1年間延長し,年度を繰り下げて当初の計画を遂行する.

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (43件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (36件) (うち国際学会 6件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Massachusetts Institute of Technology(米国)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Massachusetts Institute of Technology(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [国際共同研究] University of Lisbon(ポルトガル)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Biomarkers for rhythmic and discrete dynamic primitives in locomotion2022

    • 著者名/発表者名
      Rui Moura Coelho, Hiroaki Hirai, Jorge Martins, and Hermano Igo Krebs
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12(1) 号: 1 ページ: 20165-20165

    • DOI

      10.1038/s41598-022-24565-z

    • 関連する報告書
      2022 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] Earable Ω (OMEGA): A Novel Clenching Interface Using Ear Canal Sensing for Human Metacarpophalangeal Joint Control by Functional Electrical Stimulation2022

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Matsui, Yuya Suzuki, Keita Atsuumi, Miwa Nagai, Shotaro Ohno, Hiroaki Hirai, Atsushi Nishikawa, Kazuhiro Taniguchi
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 22(19) 号: 19 ページ: 7412-7412

    • DOI

      10.3390/s22197412

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 10〜11歳男児の地上全力疾走における左右脚の非対称な運動制御2022

    • 著者名/発表者名
      野呂和主, 平井宏明, 岡本英也, 古川大輔, 上向井千佳子, 長尾裕史, 金子靖仙, 堀開登, 山本慧, 山田直人, 彌島卓, 松居和寛, 西川敦, Hermano Igo Krebs
    • 雑誌名

      日本ロボット学会誌

      巻: 40 号: 3 ページ: 259-262

    • DOI

      10.7210/jrsj.40.259

    • ISSN
      0289-1824, 1884-7145
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] ヒトとキカイの運動の科学2024

    • 著者名/発表者名
      平井宏明
    • 学会等名
      第106回バイオメクフォーラム21
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Visuomotor adaptation in aiming movement: effects of order of control and dead time on error-driven switching control2023

    • 著者名/発表者名
      Shun Yamane, Shotaro Hino, Hiroaki Hirai, Koyo Migiyama, Emiko Dan, Kazuhiro Matsui, Atsushi Nishikawa, and Hermano Igo Krebs
    • 学会等名
      45th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC2023)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Relation between delay and sense of agency related to avatar experience using arbitrary dynamics2023

    • 著者名/発表者名
      Yuto Okamoto, Kazuhiro Matsui, Tetsuya Ando, Keita Atsuumi, Kazuhiro Taniguchi, Hiroaki Hirai, and Atsushi Nishikawa
    • 学会等名
      45th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC2023)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Physiological markers of motor improvement following five-month sprint training in young boys2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuto Noro, Asumi Takeichi, Hiroaki Hirai, Hideya Okamoto, Daisuke Kogawa, Chikako Kamimukai, Yasunori Kaneko, Noriyuki Tabuchi, Shoji Kinoshita, Yuta Miyajima, Yusuke Yashima, Hirokazu Kuga, Satoru Yamamoto, Naoto Yamada, Kazuhiro Matsui, Atsushi Nishikawa, and Hermano Igo Krebs
    • 学会等名
      The 11th International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines (AMAM2023)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書 2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 多チャンネル表面筋電図の統計解析から見たヒト上肢三次元到達運動の構成要素と運動制御2023

    • 著者名/発表者名
      淡 媛美子, 平井 宏明, 伴 征晃, 山根 駿, Kevin Lam, 八島 侑祐, 黒木 蓮, 松居 和寛, 西川 敦, Hermano Igo Krebs
    • 学会等名
      第24回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会(SI2023)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] サッカー熟練者のインステップキック動作における蹴り脚の運動制御戦略2023

    • 著者名/発表者名
      黒木 蓮, 平井 宏明, 八島 侑祐, 武市 明日海, 淡 媛美子, 山根 駿, 松居 和寛, 西川 敦, Hermano Igo Krebs
    • 学会等名
      第24回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会(SI2023)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 脚間を連結する受動的外腱を付与されたヒトの走動作の運動適応とその利用2023

    • 著者名/発表者名
      八島 侑祐, Eric Christofori, 平井 宏明, 黒木 蓮, 武市 明日海, 山根 駿, 淡 媛美子, 松居 和寛, 西川 敦, Hermano Igo Krebs
    • 学会等名
      第24回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会(SI2023)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 視覚/力覚提示によって修飾される人間機械系の機械動特性の変化に伴う人間の適応的運動制御2023

    • 著者名/発表者名
      山根 駿, Kevin Lam, 平井 宏明, 淡 媛美子, 伴 征晃, 八島 侑祐, 黒木 蓮, 松居 和寛, 西川 敦, Hermano Igo Krebs
    • 学会等名
      第24回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会(SI2023)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 誤差学習を目的とした筋電図操作一人称アバターの開発2023

    • 著者名/発表者名
      松居 和寛,安藤 哲也,岡本 湧人, 平井 宏明, 西川 敦
    • 学会等名
      第28回日本基礎理学療法学会学術大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 仮想空間における空間知覚の研究 ―二種のディスプレイの比較と触覚フィードバックによる介入効果の検証―2023

    • 著者名/発表者名
      岡田 耕太郎, 松居 和寛, 厚海 慶太, 谷口 和弘, 平井 宏明, 西川 敦
    • 学会等名
      第28回日本バーチャルリアリティ学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 筋電図インタフェース一人称アバター体験を用いたニューロリハビリテーションの提案2023

    • 著者名/発表者名
      松居 和寛,安藤 哲也,岡本 湧人, 平井 宏明, 西川 敦
    • 学会等名
      第28回日本バーチャルリアリティ学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] EMG信号の統計解析から見たヒト上肢三次元運動の基本要素2023

    • 著者名/発表者名
      淡 媛美子, 平井 宏明, 山根 駿, 伴 征晃, 久賀 紘和, 八島 侑祐, 武市 明日海, 松居 和寛, 西川 敦, Hermano Igo Krebs
    • 学会等名
      第41回日本ロボット学会学術講演会 (RSJ2023)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 陸上指導を受ける10-11 歳男児の疾走能力の熟達に伴う下肢制御戦略の変容2023

    • 著者名/発表者名
      武市 明日海, 平井 宏明, 野呂 和主, 岡本 英也, 古川 大輔, 上向井 千佳子, 金子 靖仙, 田渕 規之, 木下 昭二, 八島 侑祐, 黒木 蓮, 久賀 紘和, 淡 媛美子, 松居 和寛, 西川 敦, Hermano Igo Krebs
    • 学会等名
      第41回日本ロボット学会学術講演会 (RSJ2023)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 脚間を連結する受動的外腱を付与されたヒトの走動作と運動適応2023

    • 著者名/発表者名
      八島 侑祐, 平井 宏明, Eric Christofori, 武市 明日海, 黒木 蓮, 佐々木 皓生, 久賀 紘和, 淡 媛美子, 松居 和寛, 西川 敦, Hermano Igo Krebs
    • 学会等名
      第41回日本ロボット学会学術講演会 (RSJ2023)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] サドル支持型部分体重免荷, 左右分離型トレッドミル, および下腿筋への干渉波電気刺激を用いた歩行訓練システムの開発と評価2023

    • 著者名/発表者名
      久賀 紘和, 平井 宏明, 古川 啓介, 佐々木 皓生, 淡 媛美子, 八島 侑祐, 武市 明日海, 松居 和寛, 西川 敦, Hermano Igo Krebs
    • 学会等名
      第41回日本ロボット学会学術講演会 (RSJ2023)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 筋電図操作一人称アバター体験による誤差学習におけるアフターエフェクト2023

    • 著者名/発表者名
      松居 和寛, 安藤 哲也, 岡本 湧人, 平井 宏明, 西川 敦
    • 学会等名
      第21回日本神経理学療法学会学術大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Feasibility of human wrist-joint neuromuscular system identification method using functional electrical stimulation in clinical examinations2023

    • 著者名/発表者名
      鈴木 雄也, 松居 和寛, 厚海 慶太, 谷口 和弘, 平井 宏明, 西川 敦
    • 学会等名
      生体医工学シンポジウム2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] ディスプレイを介した仮想空間における空間知覚の研究 ―触覚フィードバックによる空間知覚への介入効果の検証―2023

    • 著者名/発表者名
      岡田 耕太郎, 松居 和寛, 厚海 慶太, 谷口 和弘, 平井 宏明, 西川 敦
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2023 (ROBOMECH2023)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 視覚提示によって修飾される人間機械系の機械動特性の変化に伴う人間の適応的運動制御2023

    • 著者名/発表者名
      山根 駿, 日野 匠太朗, 右山 航洋, 平井 宏明, 淡 媛美子, 八島 侑祐, 松居 和寛, 西川 敦, Hermano Igo Krebs
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2023 (ROBOMECH2023)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 脚間を連結する受動的外腱によるヒト走動作の経済性向上2023

    • 著者名/発表者名
      八島 侑祐, 平井 宏明, 野呂 和主, 久賀 紘和, 佐々木 皓生, 内藤 龍人, 山根 駿, 松居 和寛, 西川 敦, Hermano Igo Krebs
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2023 (ROBOMECH2023)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 振動子とラップトップ PC を用いた自動ラバーハンド錯覚誘起システムの開発と評価2023

    • 著者名/発表者名
      松居 和寛, 濱 拓弥, 岡田 耕太郎, 平井 宏明, 西川 敦
    • 学会等名
      第62回日本生体医工学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Understanding and exploiting neuromuscular coordination: a robotics-based approach2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Hirai
    • 学会等名
      The 16th MEI International Symposium: Neuromodulation and Neuroprosthetic Technologies for Improving Human Lives
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Visual EMG biofeedback system in a virtual reality space for relearning internal models: case studies focusing on equilibrium point velocity2023

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Ando, Yuto Okamoto, Kazuhiro Matsui, Keita Atsuumi, Kazuhiro Taniguchi, Hiroaki Hirai, and Atsushi Nishikawa
    • 学会等名
      2023 IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII2023)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Study of pseudo-haptics mathematical modeling2023

    • 著者名/発表者名
      Iori Kikuchi, Kazuhiro Matsui, Keita Atsuumi, Kazuhiro Taniguchi, Hiroaki Hirai, and Atsushi Nishikawa
    • 学会等名
      2023 IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII2023)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] VR環境下における人間機械系の機械動特性の変化に伴う人間の適応的運動制御―運動制御特性の方向依存性―2022

    • 著者名/発表者名
      日野匠太朗, 平井宏明, 淡媛美子, 山根駿, 渡邉泰良, 八島侑祐, 松居和寛, 西川敦, Hermano Igo Krebs
    • 学会等名
      第23回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会 (SI2022)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] ペダル漕動作における下肢筋群の協調構造の崩壊と運動性能―構成論的アプローチ―2022

    • 著者名/発表者名
      渡邉泰良, 平井宏明, 原田拓実, 三上竣平, 日野匠太朗, 八島侑祐, 野呂和主, 久賀紘和, 宮島祐太, 松居和寛, 西川敦, Hermano Igo Krebs
    • 学会等名
      第23回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会 (SI2022)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 脚間を連結する受動的外腱がヒト走動作の性能および経済性に与える影響2022

    • 著者名/発表者名
      八島侑祐, 平井宏明, 野呂和主, 渡邉泰良, 日野匠太朗, 久賀紘和, 宮島祐太, 松居和寛, 西川敦, Hermano Igo Krebs
    • 学会等名
      第23回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会(SI2022)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 筋シナジー分析手法を用いた子ども走行へのトレーニング効果の検証について2022

    • 著者名/発表者名
      古川大輔, 岡本英也, 平井宏明, 野呂和主, 金子靖仙
    • 学会等名
      第43回バイオメカニズム学術講演会 (SOBIM2022)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 内部モデルの再学習を目的とした VRによるEMG-BFB―プロトタイプによる健常者での筋電図学的検討―2022

    • 著者名/発表者名
      松居和寛, 安藤哲也, 岡本湧人, 平井宏明, 西川敦
    • 学会等名
      第20回日本神経理学療法学会学術大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 陸上教室に通う10-11歳男児の疾走能力と筋協調性の発達に関する縦断的研究2022

    • 著者名/発表者名
      野呂和主, 平井宏明, 岡本英也, 古川大輔, 上向井千佳子, 金子靖仙, 田渕規之, 宮島祐太, 八島侑祐, 山本慧, 山田直人, 松居和寛, 西川敦, Hermano Igo Krebs
    • 学会等名
      第40回日本ロボット学会学術講演会 (RSJ2022)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 内部モデルの再学習を目的とした仮想現実空間における視覚的筋電図バイオフィードバックシステムの開発―プロトタイプを用いた健常者におけるケーススタディ―2022

    • 著者名/発表者名
      安藤哲也, 岡本湧人, 松居和寛, 厚海慶太, 谷口和弘, 平井宏明, 西川敦
    • 学会等名
      第40回日本ロボット学会学術講演会 (RSJ2022)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] VR環境下における人間機械系の機械動特性の変化に伴う人間の適応的運動制御―課題難易度に応じて変化する運動戦略の位相面解析―2022

    • 著者名/発表者名
      日野匠太朗, 平井宏明, 淡媛美子, 山根駿, 松居和寛, 西川敦, Hermano Igo Krebs
    • 学会等名
      第40回日本ロボット学会学術講演会(RSJ2022)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒト上肢運動練習における誤差操作が運動学習へ与える影響2022

    • 著者名/発表者名
      淡媛美子, 平井宏明, 日野匠太朗, 山根駿, 山本慧, 松居和寛, 西川敦, Hermano Igo Krebs
    • 学会等名
      第40回日本ロボット学会学術講演会 (RSJ2022)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 内部モデルの再学習を目的とした仮想現実空間における視覚的筋電図バイオフィードバックシステムの開発―ヒト肘関節運動における平衡点の挙動に与える影響の検討―2022

    • 著者名/発表者名
      岡本湧人, 安藤哲也, 松居和寛, 厚海慶太, 谷口和弘, 平井宏明, 西川敦
    • 学会等名
      第61回日本生体医工学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 頭部前方位姿勢の予防および改善を目的とした電気刺激システムの開発―頸部深部筋選択刺激手法の開発と制御法の比較検討―2022

    • 著者名/発表者名
      菊池伊於里, 松居和寛, 厚海慶太, 谷口和弘, 平井宏明, 西川敦
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2022 (ROBOMECH2022)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 内部モデルの再学習を目的とした仮想現実空間における視覚的筋電図バイオフィードバックシステムの開発―ヒト肘関節剛性に与える影響の検討―2022

    • 著者名/発表者名
      安藤哲也, 岡本湧人, 松居和寛, 厚海慶太, 谷口和弘, 平井宏明, 西川敦
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2022 (ROBOMECH2022)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [備考] 大阪大学 大学院基礎工学研究科 身体運動制御学グループ 西川研究室

    • URL

      http://hmc.me.es.osaka-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書 2022 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2022-07-05   更新日: 2024-12-25  

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