1/fゆらぎを生成する心臓血管系の制御規範

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650481
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 中尾 光之 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 助教授 (20172265)
• 研究分担者: 片山 統裕 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 助手 (20282030) ; 山本 光璋 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (40004618)
• キーワード: Mayer波 / 自己回帰モデル / 閉ループ系 / インパルス応答 / 圧受容器反射 / 重力負荷 / パワー寄与率 / 脊髄損傷

研究概要

本研究ではどのような制御規範に基づいて心臓血管系が制御されているかを明らかにすることを目的としている。心臓血管制御系の重要な役割は血圧を維持・調節することである。それを担う制御機構は圧受容器反射と呼ばれる。重力負荷に対する圧受容器反射を特徴付けるために、head-up tilt試験を行い、心拍変動(HR)、血圧(BP)、呼吸リズム(RP)を計測した。得られた多変量時系列に自己回帰モデルを当てはめ、閉ループインパルス応答により重力負荷に対する心臓血管制御系の応答を求めた。BP-BPのインパルス応答の速さを減衰するまでの時間の逆数として評価すると、被験者間で共通に、その値はtilt角度の上昇とともに増加することが明らかになった。また、閉ループ系における変数間の相互依存性を表すパワー寄与率を計算したところ、HRへのBPの寄与はMayer波帯域に集中していること、逆にBPへのHRの寄与は広帯域にわたっていることが明らかになった。同様な解析を脊髄損傷患者のtilt試験データに対しても行った。その結果、上位損傷患者ではインパルス応答が持続的な振動や発散するものが多く得られ、制御系が不安定化していることが示された。一方、下部損傷患者では、健常者と同様な応答を示すものが多く存在した。また、健常者では見られなかった0.05Hz付近の振動成分が著明に見られた。これがMayer波の変形したものだと考えるなら、血管制御ループの固有振動として解釈されてきたその生成メカニズムに新たな側面を持ち込むことになる。すなわち、血管系の自動能や交感神経節ニューロンの自律振動もその候補として考慮する必要があろう。パワー寄与率によれば、発散型のインパルス応答を示す例ではBPとHRが互いに独立に振舞っていることが示されたことから、HR-BPの結合が脊髄損傷によって失われた結果、制御系が不安定化したことが示唆された。重力負荷に対する応答は、末梢血管抵抗の制御や静脈還流量の振舞いを反映していることから、これらをモデル化することにより心臓血管系制御規範を求めることができる。

研究成果

• [文献書誌] M.Nakao et al.: "Error measures of the back-propagation learning algorithm"J.Korean Physical Society. 40・6. 1091-1095 (2002)
• [文献書誌] M.Nakao, N.Katayama, M.Yamamoto et al.: "Phase shift of coupled oscillator model with feedbacks in response to multiple bright light exposure"Psychiatry and Clinical Neuroscience. 56. 215-216 (2002)
• [文献書誌] M.Nakao, N.Katayama, M.Yamamoto et al.: "Elicited pontogeniculo-occipital waves by auditory stimuli are synchronized with hippocampal θ waves"Psychiatry and Clinical Neuroscience. 56. 343-344 (2002)
• [文献書誌] M.Nakao, N.Katayama, M.Yamamoto et al.: "A phase dynamics model of human circadian rhythms"J.Biol.Rhythms. 17・5. 476-489 (2002)
• [文献書誌] M.Nakao, N.Katayama, M.Yamamoto et al.: "Phase-locking of spontaneous and elicited ponto-geniculo-occipital waves is associated with acceleration of hippocampal theta waves during rapid eye movement sleep in cats"Brain Research. 958. 347-358 (2002)
• [文献書誌] 中尾, 片山, 山本他: "ブラインド信号分離技術のてんかん脳波解析への応用"日本エム・イー学会誌. 16・5. 38-45 (2002)
• [文献書誌] 中尾, 片山, 山本他: "生体リズム機構のモデリング"計測と制御. 41・10. 733-739 (2002)
• [文献書誌] 中尾: "ヒトのサーカディアン・システムのモデル化とその応用"Pharma Medica. 20 Suppi. 39-44 (2002)
• [文献書誌] M.Nakao, N.Katayama, M.Yamamoto et al.: "Under-estimation of baroreflex sensitivity through a closed loop model due to non-Gaussian property of blood pressure distribution"Proc. 24th Ann. Conf. IEEE Eng. Med. & Biol. Soc.. 279-282 (2002)
• [文献書誌] 中尾, 片山, 山本他: "状態依存性の固有周期を持つ振動子ネットワークのダイナミクス"日本エム・イー学会東北支部大会講演論文集. 19 (2002)
• [文献書誌] 片山, 中尾, 山本他: "培養心筋細胞の興奮リズムに対するoctanolの効果"日本エム・イー学会東北支部大会講演論文集. 20 (2002)
• [文献書誌] 中尾, 片山, 山本他: "Head-up tilt時の心臓血管系ダイナミクスの解析"電子情報通信学会技術研究報告. MBE2002-71. 29-32 (2002)
• [文献書誌] 山本, 中尾, 片山他: "レム睡眠期における急速眼球運動予測性相動性電位のヒト顔面部の電位分布"日本睡眠学会第27回定期学術集会抄録集. 205 (2002)
• [文献書誌] 山本, 片山, 中尾他: "ヒト眼球運動に先行するスパイク電位の計測と解析に関する研究"電子情報通信学会技術研究報告. MBE2002-72. 33-36 (2002)
• [文献書誌] 山本, 中尾, 片山他: "ヒトのレム睡眠研究を志向したインテリジェント型広帯域脳波記録装置"日本睡眠学会第27回定期学術集会抄録集. 160 (2002)
• [文献書誌] 中尾, 山本: "生体リズムを考慮した睡眠-覚醒機構のシステムモデル"日本睡眠学会第27回定期学術集会抄録集. 64 (2002)
• [文献書誌] 山本, 中尾, 片山他: "咬合治療前後における睡眠及び愁訴の変容 第2報"日本睡眠学会第27回定期学術集会抄録集. 176 (2002)
• [文献書誌] 中尾, 片山, 山本他: "ラットの感覚毛除去によるバレル野の睡眠時脳波ダイナミクスの変化"日本睡眠学会第27回定期学術集会抄録集. 209 (2002)
• [文献書誌] M.Yamamoto, N.Katayama, M.Nakao et al.: "A facial topographic mapping of rapid eye movements anticipatory phasic potentials(RAPPS)"Sleep and Biological Rhythms. (in press).
• [文献書誌] M.Yamamoto, N.Katayama, M.Nakao et al.: "A real-time REM sleep analyzer equipped with a portable wide-band polygraphic recorder"Sleep and Biological Rhythms. (in press).
• [文献書誌] M.Nakao, N.Katayama, M.Yamamoto et al.: "Dynamics changes of sleep EEG in rat barrel cortex associated with long-term sensory deprivation"Sleep and Biological Rhythms. (in press).
• [文献書誌] M.Nakao, M.Yamamoto et al.: "Modeling Techniques of Point Processes and Applications in Processing Biomedical Data"Handbook of Computational Methods in Biomaterials, Biotechnology, and Biomedical Systems, ed C.T. Leondes, Kluwer Academic Publishers. 263-325 (2002)
• [文献書誌] 中尾, 山本: "眠気予測モデルによる事故防止シミュレータ・システムの構築"早石, 井上編「快眠の科学」,朝倉書店. 88-92 (2002)