脳磁計による神経義手の開発と上肢運動機能再建による大脳皮質再構築の検討

• 研究課題/領域番号: 24700419
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 融合脳計測科学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 柳澤 琢史 大阪大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (90533802)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2013年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2012年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
• キーワード: Brain-machine interface / 神経義手 / 脳磁図 / リハビリテーション / neuromodulation / 脳磁図による神経義手制御 / 非侵襲BMI / 重度麻痺患者へのBMI適用 / BMIによる脳可塑的変化 / 電動義手

研究概要

本研究では臨床用脳磁計からオンラインで脳磁場信号を取得し、リアルタイムで脳情報抽出処理を行い、その結果に基づいて、患者が思った通りに動作する神経義手を開発した。また、これを腕神経叢引き抜き損傷や脳卒中、筋萎縮性側索硬化症、脳性麻痺等により重度の運動麻痺がある患者に適用した。麻痺で動かない上肢を動かす想起時の脳信号から運動情報を抽出し、麻痺患者でも脳信号で義手操作が出来る事を示した。また、この操作に習熟することで、脳活動自体も変化する事が示され、リハビリテーションなどへの応用が示唆された。本研究により非侵襲的BMIの新たな可能性が示された。

研究成果

• [雑誌論文] Which is the Most Appropriate Disconnection Surgery for Refractory Epilepsy In Childhood? (2013)
  • 著者名/発表者名: Kishima H, Oshino S, Tani N, Maruo Y, Morris S, Ming Khoo H, Yanagisawa T, Shimono K, Okinaga T, Hirata M, Kato A, Yoshimine T
  • 雑誌名: Neurol Med Chir(Tokyo) 巻: 53(11) ページ: 814-20
  • NAID: 10031196793
• [雑誌論文] Cerebellar-related long latency motor response in upper limb musculature by transcranial magnetic stimulationof the cerebellum (2013)
  • 著者名/発表者名: Hosokawa S, Hirata M, Goto T, Yanagisawa T, Sugata H, Araki T, Okamura Y, Hasegawa Y, Shinshi M, Yorifuji S
  • 雑誌名: Neuroreport 巻: 25(6) ページ: 353-7
• [雑誌論文] Prediction of Three-Dimensional Arm Trajectories Based on ECoG Signals Recorded from Human Sensorimotor cortex (2013)
  • 著者名/発表者名: Nakanishi Y, Yanagisawa T, Shin D, Fukuma R, Chen C, Kambara H, Hirata M, Yoshimine T, Koike Y
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 8(8)
• [雑誌論文] Prediction of Three-Dimensional Arm Trajectories Based on ECoG Signals Recorded from Human Sensorimotor Cortex (2013)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiko Nakanishi, Takufumi Ynagisawa, Duk Shin, Ryohei Fukuma, Chao Chen, Hiroyuki Kambara, Natsue Yoshimura, Masayuki Hirata, Toshiki Yoshimine, Yasuharu Koike
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: VOL.8 号: 8 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0072085
  • 査読あり
• [雑誌論文] Regulation of motor representation by phase-amplitude coupling in the sensorimotor cortex (2012)
  • 著者名/発表者名: Yanagisawa T, Yamashita O, Hirata M, Kishima H, Saitoh Y, Goto T, Yoshimine T, Kamitani Y
  • 雑誌名: J Neurosci 巻: 32(44) ページ: 15467-75
• [雑誌論文] Regulation of Motor Representation by Phase-Amplitude Coupling in the Sensorimotor Cortex (2012)
  • 著者名/発表者名: Takufumi Yanagisawa, Okito Yamashita, Masayuki Hirata, Haruhiko Kishima, Youichi Saitoh, Tetsu Goto, Toshiki Yoshimine, and Yukiyasu Kamitani
  • 雑誌名: The Journal of Neuroscience 巻: 32(44) 号: 44 ページ: 15467-15475
  • DOI: 10.1523/jneurosci.2929-12.2012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neural decoding of unilateral upper limb movements using single trial MEG signals. (2012)
  • 著者名/発表者名: Sugata H
  • 雑誌名: Brain Res 巻: 1468 ページ: 29-37
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2012.05.053
  • 査読あり
• [雑誌論文] 麻痺患者における感覚運動野皮質脳波の変化とBMIへの応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 柳澤琢史
  • 雑誌名: 認知神経科学 巻: 13(3) ページ: 255-260
  • NAID: 10031136830
• [雑誌論文] Movement-related neuromagnetic fields and performances of single trial classifications (2011)
  • 著者名/発表者名: Sugata Hisato
  • 雑誌名: Neuroreport 巻: 23(1) 号: 1 ページ: 16-20
  • DOI: 10.1097/wnr.0b013e32834d935a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrocorticographic control of a prosthetic arm in paralyzed patients (2011)
  • 著者名/発表者名: Yanagisawa T
  • 雑誌名: Ann Neurol. 巻: 4(Epub ahead of print) 号: 3 ページ: 353-361
  • DOI: 10.1002/ana.22613
  • 査読あり
• [学会発表] Neuroprosthetic arm using MEG signals of paralyzed patients (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Yanagisawa, R. Fukuma, M. Hirata, K.Matsushita, H. Kishima, Y. Saitoh, R. Kato, T. Seki, H. Sugata, H. Yokoi, Y. Kamitani, T. Yoshimine
  • 学会等名: ICCN2014
  • 発表場所: ベルリン(口演)
  • 年月日: 2014-03-20
• [学会発表] BMI神経義手による新たなニューロ・モジュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 栁澤琢史、福間良平、平田雅之、齋藤洋一、貴島晴彦、押野悟、菅田陽怜、松下光次郎、神谷之康、吉峰俊樹
  • 学会等名: 日本定位・機能神経外科学会
  • 発表場所: 大阪国際会議場(口演)
• [学会発表] Neuroprosthetic arm using MEG signals of paralyzed patients (2014)
  • 著者名/発表者名: Takufumi Yanagisawa, Ryouhei Fukuma, Masayuki Hirata, Kojiro Matsushita, Haruhiko Kishima, Youichi Saitoh, Ryu Kato, Tatsuya Seki, Hisato Sugata, Hiroshi Yokoi, Yukiyasu Kamitani, Toshiki Yoshimine
  • 学会等名: Inernational conference of clinicial neurophysiology 2014
  • 発表場所: ドイツ、ベルリン
• [学会発表] BMI神経義手による新たなニューロ・モジュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 栁澤琢史、福間良平、平田雅之、齋藤洋一、貴島晴彦、押野悟、菅田陽怜、松下光次郎、神谷之康、吉峰俊樹
  • 学会等名: 日本定位・機能神経外科学会
  • 発表場所: 大阪国際会議場
• [学会発表] 脳磁図によるBCI/BMI (2013)
  • 著者名/発表者名: 栁澤琢史
  • 学会等名: 臨床神経生理学学会
  • 発表場所: 高知(口演、脳磁図コンソーシアム(electa主催))
  • 年月日: 2013-11-07
  • 招待講演
• [学会発表] Brain machine interfaceによる神経機能の補填と修飾 (2013)
  • 著者名/発表者名: 栁澤琢史
  • 学会等名: 近畿理学療法学術大会
  • 発表場所: 京都(依頼講演)
  • 年月日: 2013-11-03
• [学会発表] リアルタイム脳磁計を用いたBMIによる神経義手制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 柳澤琢史、福間良平、松下光次郎、平田雅之、菅田陽怜、貴島晴彦、齋藤洋一、シェインモリス、神谷之康、吉峰俊樹
  • 学会等名: 日本定位・機能神経外科学会
  • 発表場所: 岡山(口演)
  • 年月日: 2013-01-09
• [学会発表] Real-time prosthetic arm control using MEG signals of paralyzed patients (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Yanagisawa, R. Fukuma, K. Matsushita, H. Kishima, Y. Saitoh, M. Hirata, R. Kato, T. Seki, H. Sugata, H. Yokoi, Y. Kamitani, T. Yoshimine
  • 学会等名: Society for neuroscience
  • 発表場所: SanDiego(poster)
• [学会発表] 運動機能障害に対する神経義手を用いたニューロフィードバック療法 (2013)
  • 著者名/発表者名: 栁澤琢史、福間良平、平田雅之、齋藤洋一、貴島晴彦、押野悟、菅田陽怜、松下光次郎、神谷之康、吉峰俊樹
  • 学会等名: 日本脳神経外科学総会
  • 発表場所: 東京(口演)
• [学会発表] Deteriorated phase-amplitude coupling on sensorimotor cortices of paralyzed patients (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Yanagisawa, O. Yamashita, M. Hirata, H. Kishima, Y. Saitoh, Y. Kamitani, T. Yoshimine
  • 学会等名: 日本神経科学会
  • 発表場所: 国立京都国際会議場(口演)
• [学会発表] 運動機能障害患者に対するMEG-BMIによる神経義手の適用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 柳澤琢史、福間良平、平田雅之、貴島晴彦、押野悟、齋藤洋一、菅田陽怜、松下光次郎、シェインモリス、神谷之康、吉峰俊樹
  • 学会等名: 日本生体磁気
  • 発表場所: 朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター(ポスター)
• [学会発表] Real-time prosthetic arm control using MEG signals of paralyzed patients (2013)
  • 著者名/発表者名: Takufumi Yanagisawa, Ryouhei Fukuma, Kojiro Matsushita, Haruhiko Kishima, Youichi Saitoh, Masayuki Hirata, Ryu Kato, Tatsuya Seki, Hisato Sugata, Hiroshi Yokoi, Yukiyasu Kamitani, Toshiki Yoshimine
  • 学会等名: Society for neuroscience
  • 発表場所: SanDiego, USA
• [学会発表] 脳磁図によるBCI/BMI (2013)
  • 著者名/発表者名: 栁澤琢史
  • 学会等名: 臨床神経生理学学会、脳磁図コンソーシアム
  • 発表場所: 高知
  • 招待講演
• [学会発表] Brain machine interfaceによる神経機能の補填と修飾 (2013)
  • 著者名/発表者名: 栁澤琢史
  • 学会等名: 近畿理学療法学術大会
  • 発表場所: 京都国際会議場
  • 招待講演
• [学会発表] 運動機能障害患者に対するMEG-BMIによる神経義手の適用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 柳澤琢史、福間良平、平田雅之、貴島晴彦、押野悟、齋藤洋一、菅田陽怜、松下光次郎、シェインモリス、神谷之康、吉峰俊樹
  • 学会等名: 日本生体磁気学会
  • 発表場所: 新潟コンベンションセンター
• [学会発表] Electrocorticographic control of a prosthetic arm in paralyzed patients (2012)
  • 著者名/発表者名: Takufumi Yanagisawa, Masayuki Hirata, Youichi Saitoh, Haruhiko Kishima, Kojiro Matsushita, Tetsu Goto, Ryohei Fukuma, Hiroshi Yokoi, Yukiyasu Kamitani
  • 学会等名: BMI OSAKA
  • 発表場所: 大阪国際会議場(poster)
  • 年月日: 2012-10-20
• [学会発表] リアルタイム脳磁計を用いたBMIによる神経義手制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 柳澤琢史、福間良平、松下光次郎、平田雅之、菅田陽怜、貴島晴彦、齋藤洋一、押野悟、圓尾知之、シェインモリス、影山悠、クーウィミン、後藤雄子、神谷之康、吉峰俊樹
  • 学会等名: 日本脳神経外科学会総会
  • 発表場所: 大阪国際会議場(口演)
  • 年月日: 2012-10-17
• [学会発表] Modulation of motor representation by alpha oscillation through phase-amplitude coupling (2012)
  • 著者名/発表者名: Takufumi Yanagisawa, Okito Yamashita, Masayuki Hirata, Haruhiko Kishima, Youichi Saitoh, Tetsu Goto, Morris Shayne, Toshiki Yoshimine, Yukiyasu Kamitani
  • 学会等名: 日本神経科学会
  • 発表場所: 名古屋(口演)
  • 年月日: 2012-09-18
• [学会発表] リアルタイム脳磁計を用いたBMIによる神経義手制御
  • 著者名/発表者名: 柳澤琢史、福間良平、松下光次郎、平田雅之、菅田陽怜、貴島晴彦、齋藤洋一、シェインモリス、神谷之康、吉峰俊樹
  • 学会等名: 第52回日本定位・機能神経外科学会
  • 発表場所: 岡山
• [学会発表] Electrocorticographic control of a prosthetic arm in paralyzed patients
  • 著者名/発表者名: Yanagisawa T, Hirata M, Saitoh Y, Kishima H, Matsushita K, Goto T, Fukuma R, Yokoi H, Kamitani Y
  • 学会等名: BMI OSAKA
  • 発表場所: 大阪
• [学会発表] リアルタイム脳磁計を用いたBMIによる神経義手制御
  • 著者名/発表者名: 柳澤琢史、福間良平、松下光次郎、平田雅之、菅田陽怜、貴島晴彦、齋藤洋一、押野悟、圓尾知之、シェインモリス、影山悠、クーウィミン、後藤雄子、神谷之康、吉峰俊樹
  • 学会等名: 第71回日本脳神経外科学会学術総会
  • 発表場所: 大阪
• [学会発表] Modulation of motor representation by alpha oscillation through phase-amplitude coupling
  • 著者名/発表者名: Yanagisawa T, Yamashita O, Hirata M, Kishima H, Saitoh Y, Goto T, Morris S , Yoshimine T, Kamitani Y
  • 学会等名: 第35回日本神経科学大会
  • 発表場所: 名古屋
• [図書] ブレインサイエンス・レビュー2014、脳磁計による神経義手のALS患者への適応(栁澤琢史、編集(公財)ブレインサイエンス振興財団) (2014)
  • 著者名/発表者名: 廣川信隆
  • 出版者: クバプロ
• [図書] ブレインサイエンス・レビュー 2014 (2014)
  • 著者名/発表者名: 栁澤琢史
  • 総ページ数: 19
  • 出版者: クバプロ
• [備考] 公開シンポジウム 平成25年2月1日、学術総合センター、第5回脳プロ公開シンポジウム「基礎研究が支える脳科学」にて「日本の特長を活かしたBMIの統合的研究開発」に関するポスター受賞
• [備考] 平成25年4月16日 平成25年度 科学技術分野の文部科学大臣表彰若手 科学者賞受賞、麻痺患者の皮質脳波による神経義手の開発、栁澤琢史 受賞
• [備考] 平成25年1月18日、大阪大学総長表彰、"日本医師会医学研究奨励賞"受賞に関連して、栁澤琢史 受賞
• [備考] 2013年6月25日、日本経済新聞夕刊 現場百景 報道
• [備考] 2013年4月11日、朝7:20-7:30, NHK総合テレビ、おはよう日本「けさのクローズアップ」コーナー 報道
• [備考] 2012年4月10日掲載、朝日新聞、「脳波を感知義手やマウス動かせたら…」 報道
• [備考] 「ブレイン・マシン・インターフェースを用いた脳機能再建の研究」
  • URL: http://www.nsurg.med.osaka-u.ac.jp/school/research/research.html