人工神経代替装置によるニューロリハビリテーション法の開発

• 研究課題/領域番号: 23680061
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: リハビリテーション科学・福祉工学
• 研究機関: 生理学研究所
• 研究代表者: 西村 幸男 生理学研究所, 発達生理学研究系, 准教授 (20390693)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 21,970千円 (直接経費: 16,900千円、間接経費: 5,070千円); 2014年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2013年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2012年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2011年度: 13,390千円 (直接経費: 10,300千円、間接経費: 3,090千円)
• キーワード: 人工神経接続 / リハビリテーション / 脊髄損傷 / BCI / 脊髄 / 磁気刺激 / Brain computer interface / 随意歩行 / 手 / 随意運動 / Brain-computer interface / 脳梗塞 / 歩行再建

研究成果の概要

本研究は脊髄損傷や脳梗塞等で失った神経経路を代替する人工神経接続装置の開発とその臨床応用を目指した。下肢麻痺をきたした慢性期脊髄損傷患者を対象とし、上肢筋―腰随間の人工神経接続による腰椎への磁気刺激が歩行機能を再建できるか検討した。上肢筋活動に依存した磁気刺激を行うことで脊髄歩行中枢を駆動し、完全麻痺患者であっても下肢の歩行様運動の開始・停止、その歩調を随意制御することに成功した。また、同様に上肢に応用したところ、被験者は人工神経接続を有効利用し、新規の神経結合に適応できた。これらの結果から、同法は障害された神経経路機能を補完する革新的な神経リハビリテーションとして提案できる。

研究成果

• [雑誌論文] Volitional Walking via Upper Limb Muscle-Controlled Stimulation of the Lumbar Locomotor Center in Man. (2014)
  • 著者名/発表者名: 1.Sasada S, Kato K, Kadowaki S, Groiss SJ, Ugawa Y, Komiyama T, Nishimura Y.
  • 雑誌名: JNeurosci 巻: 34(33) ページ: 11131-42
• [雑誌論文] Plasticity for recovery after partial spinal cord injury-Hierarchical organization- (2014)
  • 著者名/発表者名: Isa, T. and Nishimura, Y.
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 78 ページ: 3-8
  • DOI: 10.1016/j.neures.2013.10.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Prediction of hand trajectory from electrocorticography signals in primary motor cortex (2013)
  • 著者名/発表者名: Chen C, Shin D, Watanabe H, Nakanishi Y, Kambara H, Yoshimura N, Nambu A, Isa T, Nishimura Y, Koike Y.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spike-Timing-Dependent Plasticity in Primate Corticospinal Connections Induced during Free Behavior. (2013)
  • 著者名/発表者名: Nishimura Y, Perlmutter SI, Eaton RW, Fetz EE
  • 雑誌名: Neuron 巻: 80 号: 5 ページ: 1301-1309
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2013.08.028
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of early versus late rehabilitative training on manual dexterity after corticospinal tract lesion in macaque monkeys. (2013)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama Y, Higo N, Yoshino-Saito K, Murata Y, Nishimura Y, Oishi T, Isa T
  • 雑誌名: Jornal of Neurophysiology 巻: 109 号: 12 ページ: 2853-2865
  • DOI: 10.1152/jn.00814.2012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Differential Expression of Secreted Phosphoprotein l in the Motor Cortex among Primate Species and during Postnatal Development and Functional Recovery (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto, T. Oishi, N. Higo, S. Murayama, A. Sato, I. Takashima, Y. Sugiyama, Y. Nishimura, Y. Murata, K. Yoshino-Saito, T. Isa, T. Kojima
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 8(5) 号: 5 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0065701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Restoration of upper limb movement via artificial corticospinal and musculospinal connections in a monkey with spinal cord injury. (2013)
  • 著者名/発表者名: Nishimura Y, Perlmutter SI, Fetz EE.
  • 雑誌名: Frontiers Neural Circuits 巻: 7 ページ: 57-57
  • DOI: 10.3389/fncir.2013.00057
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional Annotation of Genes Differentially Expressed Between Primary Motor and Prefrontal Association Cortices of Macaque Brain (2013)
  • 著者名/発表者名: Toshio Kojima
  • 雑誌名: Neurochemical Research 巻: 38 号: 1 ページ: 133-140
  • DOI: 10.1007/s11064-012-0900-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] 硬膜下電位からのサル捕食運動中の状態判別とロボットアーム動作決定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤圭太, 森下壮一郎, 渡辺秀典, 西村幸男, 加藤龍, 伊佐正, 横井浩史
  • 雑誌名: 日本ロボット学会誌 巻: 31 号: 1 ページ: 51-59
  • DOI: 10.7210/jrsj.31.51
  • NAID: 10031143636
  • ISSN: 0289-1824, 1884-7145
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of Direct vs. Indirect Pathways from the Motor Cortex to Spinal Motoneurons in the Control of Hand Dexterity (2013)
  • 著者名/発表者名: Isa T, Kinoshita M, Nishimura Y
  • 雑誌名: Frontiers in Neurology 巻: 4 ページ: 191-191
  • 査読あり
• [学会発表] Brain Computer Interface による人工神経接続 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西村幸男
  • 学会等名: STROKE2015
  • 発表場所: リーガルロイヤルホテル広島（広島県広島市）
  • 年月日: 2015-03-26
• [学会発表] 損傷した神経経路を神経インターフェイスで再結合させる (2015)
  • 著者名/発表者名: 西村幸男
  • 学会等名: STROKE2015
  • 発表場所: リーガルロイヤルホテル広島（広島県広島市）
  • 年月日: 2015-03-25
• [学会発表] Restoring volitional walking via neural interface in patients with severe spinal cord injury (2015)
  • 著者名/発表者名: Nakao Y, Sasada S, Kato K, Murayama T, Kadowaki S,Yoshida S, Iizuka M, Komiyama T, Ugawa Y, Nishimura Y
  • 学会等名: CBMI2015
  • 発表場所: 灘尾ホール（東京都千代田区）
  • 年月日: 2015-03-14
• [学会発表] Rewiring the Damaged-Pathway through BCI Restores Volitional Control of a Paretic Limb (2015)
  • 著者名/発表者名: Yukio Nishimura
  • 学会等名: CBMI2015
  • 発表場所: 灘尾ホール（東京都千代田区）
  • 年月日: 2015-03-14
• [学会発表] 人工神経接続による脊髄損傷患者に対する随意歩行機能再建 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西村幸男
  • 学会等名: 第44回日本臨床神経生理学会学術大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場（福岡県福岡市）
  • 年月日: 2014-11-21
• [学会発表] Rewiring damaged descending pathways to spinal locomotor center restores voluntary-walking in paraplegia. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yukio Nishimura
  • 学会等名: 4th Joint CIN-NIPS Symposium
  • 発表場所: チュービンゲン大学（ドイツチュービンゲン）
  • 年月日: 2014-10-06
• [学会発表] 脊椎上磁気刺激がバイタルサインにたいする影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西村幸男、笹田周作、門脇傑、加藤健治、中尾弥起、村山尊司、吉田晋、飯塚正之、小宮山伴与志、宇川義一
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-09-11
• [学会発表] 脊髄損傷後の人工神経接続による下肢歩行運動の随意制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 笹田周作、加藤健治、中尾弥起、村山尊司、門脇傑、吉田晋、飯塚正之、小宮山伴与志、宇川義一、西村幸男
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-09-11
• [学会発表] Brain Computer Interfaceによる人工神経接続 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西村幸男
  • 学会等名: 第15回日本電気生理運動学会大会（JSEK2014）
  • 発表場所: 横浜国立大学（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-09-06
• [学会発表] 人工神経接続による随意運動の機能再建 (2014)
  • 著者名/発表者名: 49.西村幸男
  • 学会等名: 第一回京都ロボットリハ研究会
  • 発表場所: メルパルク京都（京都府京都市）
  • 年月日: 2014-05-24
• [学会発表] 人工神経接続を利用した下肢歩行運動の随意制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 笹田周作、加藤健治、グロイス純、門脇傑、宇川義一、小宮山伴与志、西村幸男
  • 学会等名: 第89回日本生理学会
  • 発表場所: 長野県松本文化会館(長野県)
  • 年月日: 2012-03-31
• [学会発表] 人工神経接続によるブレインコンピュータインターフェイス (2012)
  • 著者名/発表者名: 西村幸男
  • 学会等名: マイクロ・ナノメカトロニクスシンポジウム神経再生に迫る～再生医療からロボットまで～
  • 発表場所: 名古屋大学鶴舞キャンパス(愛知県)(招待講演)
  • 年月日: 2012-03-08
• [学会発表] Toward the restoration of motor function via artificial neural connection (2012)
  • 著者名/発表者名: 西村幸男
  • 学会等名: 14th Mind Brain Conference
  • 発表場所: ホテルクラウンパレス浜松(静岡県)(招待講演)
  • 年月日: 2012-02-15
• [学会発表] 人工神経接続を利用した下肢歩行運動の随意制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 笹田周作、加藤健治、グロイス純、門脇傑、宇川義一、小宮山伴与志、西村幸男
  • 学会等名: 第12回冬のワークショップ脳と心のメカニズム
  • 発表場所: ルスツリゾートホテル(北海道)
  • 年月日: 2012-01-17
• [学会発表] 筋-末梢神経間の人工神経接続による手首運動の随意制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 加藤健治、笹田周作、西村幸男
  • 学会等名: 第12回冬のワークショップ脳と心のメカニズム
  • 発表場所: ルスツリゾートホテル(北海道)
  • 年月日: 2012-01-16
• [学会発表] 上肢筋-腰髄間の人工神経接続を利用した下肢歩行運動の随意制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 笹田周作、加藤健治、門脇傑、ステファンJグロイス、宇川義一、小宮山伴与志、西村幸男
  • 学会等名: 第67回日本体力医学会
  • 発表場所: 長良川国際会議場、岐阜
• [学会発表] 人工神経接続による運動機能再建 (2011)
  • 著者名/発表者名: 西村幸男
  • 学会等名: 第48回日本リハビリテーション学会シンポジウム6脳の可塑性と運動学習
  • 発表場所: 幕張メッセ(千葉県)(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-03
• [学会発表] Ventral striatum regulates activity of motor related areas during the recovery after spinal cord injury.
  • 著者名/発表者名: Masahiro Sawada, Kenji Kato, Hirotaka Onoe, Tadashi Isa,Yukio Nishimura
  • 学会等名: Mini-International Symposium
  • 発表場所: 生理学研究所（愛知）
• [学会発表] 一次運動野の皮質脳波を用いた腕軌道のデコーディング
  • 著者名/発表者名: 陳 超，辛 徳，中西 康彦，神原 裕行，吉村 奈津江，渡辺 秀典，南部 篤，伊佐 正，西村 幸男，小池 康晴
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会
  • 発表場所: 京都国際会館（京都）
• [学会発表] サル到達把持運動における皮質表面電位と皮質内局所電位の上肢運動・筋電位の推定精度の比較
  • 著者名/発表者名: 渡辺 秀典，佐藤 雅昭，南部 篤，西村 幸男，川人 光男，伊佐 正
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会
  • 発表場所: 京都国際会館（京都）
• [学会発表] ヒト腰髄に存在する歩行に関わるNeural module
  • 著者名/発表者名: 笹田周作、加藤健治、門脇傑、宇川義一、小宮山伴与志、西村幸男
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会
  • 発表場所: 京都国際会館（京都）
• [学会発表] 随意運動中の抹消感覚神経集団による運動キネマティクス情報の表現
  • 著者名/発表者名: 梅田達也、佐藤雅昭、川人光男、伊佐正、西村幸男
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会
  • 発表場所: 京都国際会館（京都）
• [学会発表] 歯髄幹細胞を用いた霊長類の脊髄損傷後機能回復
  • 著者名/発表者名: 加納史也、山本朗仁、酒井陽、西村幸男、伊佐正、上田実
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会
  • 発表場所: 京都国際会館（京都）
• [学会発表] サルの皮質脳波から推定した筋電信号を用いた腕の角度の推定
  • 著者名/発表者名: 辛 徳，中西 康彦，陳 超，神原 裕行，吉村 奈津江，渡辺 秀典，南部 篤，伊佐 正，西村 幸男，小池 康晴
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会
  • 発表場所: 京都国際会館（京都）
• [学会発表] 脳-筋肉間の人工神経接続による脳梗塞モデルサルの手の運動機能再建
  • 著者名/発表者名: 加藤健治、澤田真寛、西村幸男
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会
  • 発表場所: 京都国際会館（京都）
• [学会発表] 運動機能回復に対する腹側線条体の役割
  • 著者名/発表者名: 西村幸男
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会
  • 発表場所: 京都国際会館（京都）
• [学会発表] 脳表脳波を用いたワイヤレス体内埋込型ブレインマシンインターフェース装置
  • 著者名/発表者名: 平田雅之、松下光次郎、鈴木隆文、吉田毅、佐藤文博、梅田達也、西村幸男、長谷川功、安藤博士、シェイン モリス、柳沢琢史、貴島晴彦、川人光男、吉峰俊樹
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会
  • 発表場所: 京都国際会館（京都）
• [学会発表] 脊髄損傷後の回復過程における腹側線条体の役割
  • 著者名/発表者名: 澤田真寛、尾上浩隆、加藤健治、伊佐正、西村幸男
  • 学会等名: 第36回日本神経科学大会
  • 発表場所: 京都国際会館（京都）
• [学会発表] Estimation of Firing of Primary Afferents from Joint Kinematics During Voluntary Arm Movements of Monkeys.
  • 著者名/発表者名: Umeda Tatsuya, Sato Masa-aki, Kawato Mitsuo, Isa Tadashi, Nishimura Yukio
  • 学会等名: 第35回国際IEEE大会
  • 発表場所: 大阪国際会議場（大阪）
  • 招待講演
• [学会発表] Potentials of activity dependent stimulation during free behavior.
  • 著者名/発表者名: 西村幸男
  • 学会等名: Motor Control研究会
  • 発表場所: 東京大学(東京）
• [学会発表] 脊髄損傷からの機能回復戦略～神経メカニズムからSpinal Computer Interface～
  • 著者名/発表者名: 西村幸男
  • 学会等名: 第77回未来医療セミナー
  • 発表場所: 大阪大学（大阪）
  • 招待講演
• [学会発表] Motivational regulation of functional recovery after spinal cord injury.
  • 著者名/発表者名: Yukio Nishimura
  • 学会等名: The 3rd NIPS-CIN Joint Symposium
  • 発表場所: 生理学研究所（愛知）
• [学会発表] 人工神経接続による随意運動機能の再建
  • 著者名/発表者名: 西村幸男
  • 学会等名: 日本神経外科学会第72回学術総会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川）
  • 招待講演
• [学会発表] 大脳皮質ー筋間の人工神経接続による麻痺手の随意制御の再建
  • 著者名/発表者名: 加藤健治、澤田真寛、西村幸男
  • 学会等名: 第60回中部日本生理学会
  • 発表場所: 岐阜大学(岐阜）
• [学会発表] Neural modules for walking in human lumbar spinal cord.
  • 著者名/発表者名: S.Sasada, K.Kato, S.Kadowaki, T.Komiyama, Y.Ugawa,Y.Nishimura,
  • 学会等名: Neuroscience2013
  • 発表場所: サンディエゴ国際会議場（USA)
• [学会発表] Ventral striatum regulates brain activity of motor related areas during the recovery after spinal cord injury.
  • 著者名/発表者名: M.Sawada, K.Kato, H.Onoe, T.Isa, Y.Nishimura,
  • 学会等名: Neuroscience2013
  • 発表場所: サンディエゴ国際会議場（USA)
• [学会発表] 脳脊髄のつながりを人工的に強化する
  • 著者名/発表者名: 西村幸男
  • 学会等名: 第20320回理学療法士講習会
  • 発表場所: 富山県パレブラン高志会館(富山）
  • 招待講演
• [学会発表] Time-dependent central compesatory mechanisms after spinal cord injury
  • 著者名/発表者名: 西村幸男
  • 学会等名: The 8th Asia Pacific Symposium on Neural Regeneration
  • 発表場所: 台湾
  • 招待講演
• [学会発表] Adaptation to an artificial neural connection between muscle and peripheral nerve in man
  • 著者名/発表者名: K.Kato, S.Sasada, Y.Nishimura
  • 学会等名: 8ｔｈ FENS Forum of Neuroscience
  • 発表場所: バルセロナ、スペイン
• [学会発表] Toward the restoration of volitional walking via an artificial-neural-conneciton between arm muscle and lumbar spinal cord after spinal cord injury
  • 著者名/発表者名: S.Sasada,K.Kato,G.J.Stefan,S.Kadowaki,Y.Ugawa,T.Kojima,Y.Nishimura
  • 学会等名: 8ｔｈ FENS Forum of Neuroscience
  • 発表場所: バルセロナ、スペイン
• [学会発表] Brain Computer Interface技術を用いた人工神経接続による運動機能再建
  • 著者名/発表者名: 西村幸男
  • 学会等名: 包括脳夏のワークショップ
  • 発表場所: 仙台国際センター、宮城
• [学会発表] 人工神経接続による運動機能再建
  • 著者名/発表者名: 西村幸男
  • 学会等名: 運動生理学セミナー
  • 発表場所: 栂池センター、長野
• [学会発表] 人工神経接続を利用した下肢歩行運動の随意制御
  • 著者名/発表者名: 笹田周作、加藤健治、ｽﾃﾌｧﾝ J ｸﾞﾛｲｽ、門脇傑、宇川義一、小宮山伴与志、西村幸男
  • 学会等名: 第35回日本神経科学大会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場、愛知
• [学会発表] 人工神経接続による運動機能再建
  • 著者名/発表者名: 西村幸男
  • 学会等名: 第35回日本神経科学大会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場、愛知
• [学会発表] 筋一抹消神経間の人工神経接続による運動適応
  • 著者名/発表者名: 加藤健治、笹田周作、西村幸男
  • 学会等名: 第35回日本神経科学大会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場、愛知
• [学会発表] 脳とコンピューターを繋ぐ技術
  • 著者名/発表者名: 西村幸男
  • 学会等名: 名城大学総合学術研究科10周年記念講演
  • 発表場所: 名城大学、愛知
  • 招待講演
• [学会発表] 上肢筋ー腰髄間の人工神経接続による下肢歩行運動の随意制御
  • 著者名/発表者名: 笹田周作、加藤健治、ステファン J グロイス、門脇傑、宇川義一、小宮山伴与志、西村幸男
  • 学会等名: 第3回名古屋大学医学系研究科・生理学研究所合同シンポジウム
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター、愛知
• [学会発表] Motor Adaptation and Volitional control of wrist movement via an Artificial Neural Connection between Muscle and Peripheral Nerve in Man
  • 著者名/発表者名: Kenji Kato, Syusaku Sasada, Yukio Nishimura
  • 学会等名: 第3回名古屋大学医学系研究科・生理学研究所合同シンポジウム
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター、愛知
• [学会発表] Motor adaptation to an artificial neural connection between muscle and peripheral nerve in man.
  • 著者名/発表者名: K.Kato,S.Sasada,Y.Nishimura
  • 学会等名: 42nd Annual meeting for society for Neuroscience
  • 発表場所: New Orleans,USA
• [学会発表] Approach for the restoration of volitional walking via the artificial neural connection between descending command and lumbar spinal cord.
  • 著者名/発表者名: S.Sasada, K.Kato, S.J.Groiss, S.Kadowaki, Y.Ugawa, T.Komiyama, Y.Nishimura
  • 学会等名: 42nd Annual meeting for society for Neuroscience
  • 発表場所: New Orleans,USA
• [学会発表] BMIを用いた最新の医学知見について
  • 著者名/発表者名: 西村幸男
  • 学会等名: 武田薬品工業株式会社セミナー
  • 発表場所: 武田薬品工業株式会社、神奈川
  • 招待講演
• [学会発表] 上肢筋ー腰髄間の人工神経接続による下肢歩行運動の随意制御
  • 著者名/発表者名: 笹田周作、加藤健治、ステファン J グロイス、門脇傑、宇川義一、小宮山伴与志、西村幸男
  • 学会等名: 第59回中部日本生理学会
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター、愛知
• [学会発表] Restoring Lost Function Via An Artificial Neural Connection
  • 著者名/発表者名: 西村幸男
  • 学会等名: 第7回日仏先端科学シンポジウム
  • 発表場所: ロイヤルオークホテル、滋賀
  • 招待講演
• [学会発表] Volitional control via an artificial neural connection
  • 著者名/発表者名: 西村幸男
  • 学会等名: 霊長研共同利用研究会
  • 発表場所: 京都大学霊長類研究所、愛知
  • 招待講演