脳の運動指令生成機能の定量計測による脳卒中リハビリテーションの多次元的評価

• 研究課題/領域番号: 25560276
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: リハビリテーション科学・福祉工学
• 研究機関: 公益財団法人東京都医学総合研究所
• 研究代表者: 筧 慎治 公益財団法人東京都医学総合研究所, 運動・感覚システム研究分野, プロジェクトリーダー (40224365)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2014年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2013年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 片麻痺 / 予測制御 / フィードバック制御 / 同時活性化 / 共同運動 / 脳病態空間 / 神経疾患 / 定量的評価 / 病態の見える化 / 脳卒中 / リハビリテーション / 運動指令

研究成果の概要

本研究では、片麻痺患者の病態を評価する新しい定量的パラメータを探索し、以下の5個の機能的パラメータを新たに見いだした。１）予測制御の精度、２）フィードバック制御器の精度、３）筋の同時活性化の程度、４）筋の共同運動の程度、５）microstepsという新たに発見した異常運動成分の量の5個である。さらに、これらのパラメータにより、片麻痺患者の病態を、高次元の脳病態空間における座標として見える化し、長期の病態追跡に有効であることを示した。今後はこの脳病態空間法を用いて、片麻痺患者の病態追跡を大規模に行い、回復パターンのデータベース化および分類に取り組み、片麻痺治療の革新に取り組んで行きたい。

研究成果

• [雑誌論文] Consensus paper: Neuroimmune mechanisms of cerebellar ataxias (2015)
  • 著者名/発表者名: Mitoma H, Adhikari K, Aeschlimann D, Chattopadhyay P, Hadjivassiliou M, Hampe CS, Honnorat J, Joubert B, Kakei S, Lee J, Manto M, Matsunaga A, Mizusawa H, Nanri K, Shanmugarajah P, Yoneda M, Yuki N
  • 雑誌名: Cerebellum 巻: 14 ページ: 301-310
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mossy fibers in the cerebellar hemisphere show activity during an instructed delay period (2014)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Ishikawa, Saeka Tomatsu, Yoshiaki Tsunoda, Donna S Hoffman, Shinji Kakei
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 87 ページ: 84-89
  • DOI: 10.1016/j.neures.2014.07.006
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Releasing dentate nucleus cells from Purkinje cell inhibition generates output from the cerebrocerebellum (2014)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Ishikawa, Saeka Tomatsu, Yoshiaki Tsunoda, Jongho Lee, Donna S Hoffman, Shinji Kakei
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 9(10) 号: 10 ページ: e108774-e108774
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0108774
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Functional evaluation of motor commands based on a simple linear model in human wrist movements and its clinical application (2014)
  • 著者名/発表者名: Lee J, Kakei S
  • 雑誌名: ISITC 2014 proceeding 巻: 3 ページ: 92-95
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 小脳の神経回路 (2014)
  • 著者名/発表者名: 筧 慎治, 石川享宏
  • 雑誌名: 理学療法ジャーナル 巻: 48(12) ページ: 1135-1143
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 小脳症状の解析 feedback and feedforward (2014)
  • 著者名/発表者名: 筧 慎治, 李 鍾昊
  • 雑誌名: Annual Review 神経 2014 巻: 2014 ページ: 11-17
• [雑誌論文] Quantitative evaluation of cerebellar ataxia based on pathological patterns of the muscle activities. (2013)
  • 著者名/発表者名: Lee J, Kagamihara Y, Kakei S
  • 雑誌名: Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc 巻: 2013 ページ: 902-908
  • 査読あり
• [雑誌論文] Muscle synergy control model-tuned EMG driven torque estimation system with a musculo-skeletal model. (2013)
  • 著者名/発表者名: Min K, Shin D, Lee J, Kakei S
  • 雑誌名: Proc IEEE Eng Med Biol Soc 巻: 2013 ページ: 3471-3476
  • 査読あり
• [学会発表] 脊椎動物における筋シナジーの系統進化に見られる創発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 筧 慎治
  • 学会等名: 第２１回創発システム・シンポジウム
  • 発表場所: 諏訪東京理科大学セミナーハウス（長野県・茅野市）
  • 年月日: 2015-05-31
  • 招待講演
• [学会発表] 視覚誘導性追跡運動における予測的成分とフィードバック的成分の分離と評 価ー健常者と小脳障害患者の比較 (2015)
  • 著者名/発表者名: 筧 慎治
  • 学会等名: 第1回身体性システム講演会「予測制御とフィードバック制御」
  • 発表場所: 同志社大学 京田辺キャンパス （京都府・京田辺市）
  • 年月日: 2015-03-19
  • 招待講演
• [学会発表] 手首の動きから探る脳内の運動制御器の状態ー基礎と臨床応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 筧 慎治
  • 学会等名: 第6回神経科学・リハビリテーション・ロボット工学のシナジー効果に関する研究会
  • 発表場所: 九州工業大学（福岡県・北九州市）
  • 年月日: 2015-01-28
  • 招待講演
• [学会発表] 脳内運動制御器の非侵襲的分析を利用した高齢者の転倒リスク早期発見・対応システムの開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 筧 慎治
  • 学会等名: 厚生労働科学研究費補助金 難治性疾患等克服研究事業「運動失調症の分子病態解明・治療法の開発に関する研究班」班会議
  • 発表場所: JA共催カンファレンスホール（東京都・千代田区）
  • 年月日: 2015-01-15
  • 招待講演
• [学会発表] 大脳小脳における出力生成メカニズム (2014)
  • 著者名/発表者名: 石川享宏，筧 慎治
  • 学会等名: 包括脳ネットワーク 冬のシンポジウム
  • 発表場所: 東京ガーデンパレス（東京都・文京区）
  • 年月日: 2014-12-12
• [学会発表] Releasing dentate nucleus cells from Purkinje cell inhibition generates output from the cerebrocerebellum (2014)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa T, Tomatsu S, Hoffman DS, Kakei S
  • 学会等名: Vision, Memory, Thought –国際シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学伊藤記念ホール（東京都・文京区）
  • 年月日: 2014-12-06
• [学会発表] Mossy fibers in the cerebellar hemisphere show activity during an instructed delay period (2014)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa T, Tomatsu S, Hoffman DS, Kakei S
  • 学会等名: Society for Neuroscience
  • 発表場所: Washington D.C. (アメリカ合衆国)
  • 年月日: 2014-11-18
• [学会発表] Transmitting signals from premotor and primary somatosensory cortexes construct muscle-like coordinate representation in primary motor cortex (2014)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara Y, Yasuda W, Lee J, Ishikawa T, Kakei S, Izawa J
  • 学会等名: Society for Neuroscience
  • 発表場所: Washington D.C. (アメリカ合衆国)
  • 年月日: 2014-11-17
• [学会発表] Functional evaluation of motor commands based on a simple linear model in human wrist movements and its clinical application (2014)
  • 著者名/発表者名: Lee J, Kakei S
  • 学会等名: 2014 International Symposium on Information Technology Convergence (ISITC 2014)
  • 発表場所: Chonbuk （韓国）
  • 年月日: 2014-10-30
• [学会発表] Dissociation and evaluation of outputs from predictive and feedback controllers for tracking movements in normal subjects and patients with neurological disorders (2014)
  • 著者名/発表者名: Kakei S
  • 学会等名: INCF Japan Node International Workshop, Admvances in Neuroinformatics 2014
  • 発表場所: 理化学研究所 BSI（埼玉県・和光市）
  • 年月日: 2014-09-25
  • 招待講演
• [学会発表] 遅延運動課題における小脳半球部への苔状線維入力 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石川享宏，戸松彩花，筧 慎治
  • 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] Estimation of pulling directions of wrist prime movers on the wrist with a musculoskeletal model (2014)
  • 著者名/発表者名: 閔庚甫, 李鍾昊, 筧 慎治
  • 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] Evaluation of motor symptoms of patients with Parkinson's disease in terms of three components of tracking movement of the wrist (2014)
  • 著者名/発表者名: 李鍾昊, 織茂智之, 筧 慎治
  • 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] 歯状核ニューロンのバースト活動は脱抑制によって形成される (2014)
  • 著者名/発表者名: 石川享宏，筧 慎治
  • 学会等名: 第8回Motor Control研究会
  • 発表場所: 筑波大学（茨城県・つくばみらい市）
  • 年月日: 2014-08-09
• [学会発表] 筋電図信号からの関節の総拮抗度の推定に関する研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 閔庚甫, 李鍾昊, 筧 慎治
  • 学会等名: 第8回Motor Control研究会
  • 発表場所: 筑波大学（茨城県・つくばみらい市）
  • 年月日: 2014-08-09
• [学会発表] パーキンソン病における運動症状と随意運動における運動制御器の定量的指標との関係 (2014)
  • 著者名/発表者名: 筧 慎治，李 鍾昊，吾妻玲欧，高橋 真，坂本昌己，稲葉 彰，織茂智之
  • 学会等名: 第55回日本神経学会学術大会
  • 発表場所: 福岡国際会議場・福岡サンパレス・福岡国際センター （福岡県・福岡市）
  • 年月日: 2014-05-22
• [学会発表] Dissociation of predictive and feedback controllers and its application for evaluation of motor functions in cerebellar disorders (2013)
  • 著者名/発表者名: Kakei S
  • 学会等名: The 2013 International Conferences on Active Media Technology / Brain and Health Informatics
  • 発表場所: Maebashi, Gunma, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] 上肢運動における予測的制御障害とフィードバック制御障害の分離評価とその臨床応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 筧 慎治
  • 学会等名: 第43回日本臨床神経生理学会学術大会
  • 発表場所: 高知県民文化ホール
  • 招待講演
• [学会発表] パーキンソン病における随意運動中の微小ステップ状運動 (2013)
  • 著者名/発表者名: 筧 慎治
  • 学会等名: 第5回TMD PD研究会
  • 発表場所: 東京医科歯科大学
  • 招待講演
• [学会発表] 小脳の予測制御系とフィードバック制御系への関わり：小脳性運動失調の精密分析から (2013)
  • 著者名/発表者名: 筧 慎治
  • 学会等名: 第7回パーキンソン病・運動障害疾患コングレス
  • 発表場所: 京王プラザホテル 東京
  • 招待講演
• [学会発表] 小脳の予測制御系とフィードバック制御系への関わり：小脳性運動障害の解析から (2013)
  • 著者名/発表者名: 筧 慎治
  • 学会等名: 第20回新潟神経疾患研究会 新潟県医師会主催生涯教育講座
  • 発表場所: 新潟大学
  • 招待講演
• [学会発表] Movement-related activities of cerebellar nuclear cells support forward model hypothesis (2013)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa T, Tomatsu S, Tsunoda Y, Hoffman DS, Kakei S
  • 学会等名: Neuroscience 2013 (the Society’s 43rd annual meeting
  • 発表場所: San Diego, CA, USA
• [学会発表] 定量的運動指令システムを用いた手首運動の評価～健常者における各年代での検討～ (2013)
  • 著者名/発表者名: 霜田直卑, 児玉三彦, 李 鍾昊, 筧 慎治, 正門由久
  • 学会等名: 第43回日本臨床神経生理学会学術大会
  • 発表場所: 高知県民文化ホール
• [学会発表] Identification of three components of tracking movement of the wrist joint and its application for analysis of neurological disorders (2013)
  • 著者名/発表者名: Lee JH, Kagamihara Y, Okada Y, Kakei S
  • 学会等名: Neuro2013(the 36st Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society)
  • 発表場所: 国立京都国際会館
• [学会発表] Coordinate frames of movement-related activity of cerebellar nuclear cells. (2013)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa T, Kakei S
  • 学会等名: Neuro2013(the 36st Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society)
  • 発表場所: 国立京都国際会館
• [学会発表] Quantitative evaluation model of the muscle control policy with EMG signal (2013)
  • 著者名/発表者名: Min K, Shin D, Lee JH, Kakei S
  • 学会等名: Neuro2013(the 36st Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society)
  • 発表場所: 国立京都国際会館
• [学会発表] パーキンソン病(PD)における随意運動中の微小ステップ状運動（microsteps） (2013)
  • 著者名/発表者名: 筧 慎治, 李鍾昊, 吾妻玲欧，高橋 真，坂本昌己，稲葉 彰，織茂智之
  • 学会等名: 第54回日本神経学会学術大会
  • 発表場所: 東京国際フォーラム
• [産業財産権] Method for identifying and evaluating parallel motor control function in the brain based on electromyogram signals (2013)
  • 発明者名: Kakei S, Lee J, Kagamihara Y
  • 権利者名: 公益財団法人東京都医学総合研究所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2013-06-20
  • 取得年月日: 2014-04-25
  • 外国
• [産業財産権] Quantitative motor function evaluation system (2013)
  • 発明者名: Kakei S, Lee J, Kagamihara Y
  • 権利者名: 公益財団法人東京都医学総合研究所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2013-05-25
  • 取得年月日: 2014-07-29
  • 外国
• [産業財産権] 運動機能解析システム及びそのシステムの作動方法 (2013)
  • 発明者名: 筧 慎治，李 鍾昊
  • 権利者名: 公益財団法人東京都医学総合研究所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-095173
  • 出願年月日: 2013-04-30