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2016 年度 実績報告書

運動主体感,身体所有感を増強させる身体機能再建BMIデバイスの開発研究

研究課題

研究課題/領域番号 15H03051
研究機関横浜国立大学

研究代表者

加藤 龍  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (70516905)

研究分担者 山村 修  福井大学, 学術研究院医学系部門, 講師 (30436844)
生駒 一憲  北海道大学, 大学病院, 教授 (70202918)
横井 浩史  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (90271634)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワードBrain machine interface
研究実績の概要

本研究では,運動主体感,身体所有感を強く感じられる身体機能再建BMIデバイスの開発とその方法論の構築を目的とする.今年度の成果は以下の3点である.
(1)特定の脳活動から身体認知度を表すマーカを探索するため,電通大の協力の下,全脳計測が可能なMulti ch. NIRSを用いて,感覚FBを備えた身体機能再建BMIデバイス(筋電義手)使用中の脳機能解析を実施した.操作に同期した触刺激(振動)が付与されるとラバーバンド錯覚と同様な錯覚現象が起こること,その錯覚の強さが運動前野及び下頭頂小葉の活性に高い相関を確認した.さらに,操作に同期した触刺激(Cue)を与えても義手の運動主体感の向上しないこと,操作力に同期(比例)した触刺激を付与すると運動主体感が向上することを明らかにした.
(2)自然な操作感で操作できるBMIデバイスを実現するため,その制御方法について1)TMR処置を利用した電動義手の制御手法2)深層学習を用いた再学習不要な操作習熟に合わせた動作推定手法の2つを検討した.前者では,上肢欠損者を対象に,手指運動に関連する運動神経を上腕部に移行し,上腕部の表面筋電から制御する方法を構築した.その結果2名の上肢欠損者に対してTMR処置し手指運動,手首運動,肘運動に関連する独立した筋電特徴が観察され,不自然な操作をすることなく運動推定が可能であることを示した.また,後者では熟練度の差等の個人差を含んだ筋電特徴データをビッグデータとみなし,深層学習を用いて推定関数の同定を行った.推定手法の構築までは至らなかったが,動作分離に有用な特徴抽出されていることを確認した.
(3)人と親和性の高いBMI駆動型機械補助ロボットを実現するため,重量分布が体幹側に集中するような配置を設計し900gと軽い4DOF上腕電動義手を開発した.また,伸縮性外骨格を用いた簡易装着可能な手指リハビリ装置を実現した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究では,運動主体感,身体所有感を強く感じられる身体機能再建BMIデバイスの開発とその方法論を構築することを目的とし,1)運動主体感および身体所有感を増強させる感覚FBの調査,2)自然な操作感を実現するためのBMIの設計,3)運動機能障害者への臨床試験と実用化に向けた検討 の3つを実施する.現在までの研究進捗状況は概ね順調に進展してるといえる.しかし,予定していた1)で実施予定であったMRI計測に関しては,MRI計測環境でデバイスを使用するための実験系の構築や倫理委員会への倫理申請に時間がかかっており,平成28年度中の実施ができなかったため,次年度実施予定である.また研究成果の公表についても予定より公表できていないためこの点についても次年度成果公表を続けて行く予定である.

今後の研究の推進方策

平成30年度は,これまで開発してきた身体機能再建BMIデバイスの改良を続けながら,引き続き,fMRIを用いた身体認知度を表す脳活動マーカの探索,自然な操作感を実現するため,操作習熟度に合わせた運動自由度の自動選定とその範囲での身体所有感を高める感覚フィードバック量を決定できる方法論の構築を行う予定である.また開発した身体機能再建BMIデバイスの臨床評価を実施し,実用化に向けたブラッシュアップと運動主体感・身体所有感とリハビリ効果との関係を明らかにする予定である.また研究成果を学術雑誌,国内外の学会発表などを実施する.

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] エラストマーゲルを用いた筋電義手のための装飾手袋の開発2016

    • 著者名/発表者名
      矢吹佳子,棚橋一将,星川英,中村達弘,姜銀来,加藤龍,横井浩史
    • 雑誌名

      日本義肢装具学会誌

      巻: 32 ページ: 177-185

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 失われた多くの上肢機能を再建する筋電義手の研究開発とその実用化に向けて2017

    • 著者名/発表者名
      加藤龍
    • 学会等名
      平成28年度医療ICTシンポジウム(SMICT2017)
    • 発表場所
      横浜 横浜ラポール
    • 年月日
      2017-03-07 – 2017-03-07
    • 招待講演
  • [学会発表] 拡張現実感を用いた筋電義手シミュレータの開発2016

    • 著者名/発表者名
      西野亘,山野井佑介,佐久間良顕,加藤龍
    • 学会等名
      第21回日本バーチャルリアリティ学会大会
    • 発表場所
      茨城 つくば国際会議場
    • 年月日
      2016-09-16 – 2016-09-16
  • [学会発表] 用手補助腹腔鏡下手術のための前腕装着型5 指ロボットハンド・アームの開発2016

    • 著者名/発表者名
      吉田宏輝, 山田洋, 加藤龍, 横井浩史, 向井正哉
    • 学会等名
      第34回日本ロボット学会学術講演会
    • 発表場所
      山形 山形大学
    • 年月日
      2016-09-07 – 2016-09-07
  • [学会発表] 母指姿勢の制御を可能とする表面電気刺激手法の開発2016

    • 著者名/発表者名
      横河佑一,山田洋,山野井佑介,加藤龍
    • 学会等名
      第34回日本ロボット学会学術講演会
    • 発表場所
      山形 山形大学
    • 年月日
      2016-09-07 – 2016-09-07
  • [学会発表] 肘と手指を同時制御可能な生体信号制御型電動義手の開発-身体負担が小さく日常生活動作が可能な上肢電動義手の製作-2016

    • 著者名/発表者名
      大桐洋亮, 山野井佑介, 山田洋, 西野亘, 加藤龍, 矢吹佳子, 横井浩史
    • 学会等名
      第34回日本ロボット学会学術講演会
    • 発表場所
      山形 山形大学
    • 年月日
      2016-09-07 – 2016-09-07
  • [学会発表] 麻痺手への簡易装着可能な手指運動支援装置の開発2016

    • 著者名/発表者名
      川下丈佑, 山野井佑介, 加藤龍
    • 学会等名
      第34回日本ロボット学会学術講演会
    • 発表場所
      山形 山形大学
    • 年月日
      2016-09-07 – 2016-09-07
  • [学会発表] 床振動音を用いた独居高齢者の転倒因子予測に関する研究2016

    • 著者名/発表者名
      佐久間良顕, 山野井佑介, 加藤龍, 山村修
    • 学会等名
      LIFE2016
    • 発表場所
      宮城 東北大学
    • 年月日
      2016-09-06 – 2016-09-06
  • [学会発表] Development of five-finger robotic hand using master-slave control for hand-assisted laparoscopic surgery2016

    • 著者名/発表者名
      Koki Yoshida, Hiroshi Yamada, Ryu Kato, Hiroshi Yokoi and Masaya Mukai
    • 学会等名
      38th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
    • 発表場所
      Florida, USA
    • 年月日
      2016-08-16 – 2016-08-20
    • 国際学会
  • [学会発表] Bran-muscle Interface: controlling a prosthetic hand2016

    • 著者名/発表者名
      Ryu Kato
    • 学会等名
      XXI ISEK CONGRESS(International Society of Electrophysiology and Kinesiology)
    • 発表場所
      Chicago, USA
    • 年月日
      2016-07-05 – 2016-07-08
    • 国際学会
  • [学会発表] The cortical adaptation monitoring system for leg press machine with FES induced biofeedback2016

    • 著者名/発表者名
      Misato Kasuya, Mai Nozakura, Soichiro Morishita, Yinlai Jiang, Masao Sugi, Hiroshi Yokoi, Ryu Kato
    • 学会等名
      XXI ISEK CONGRESS(International Society of Electrophysiology and Kinesiology)
    • 発表場所
      Chicago, USA
    • 年月日
      2016-07-05 – 2016-07-08
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of new Cosmetic Gloves for Myoelectric Prosthetic Hand by using Thermoplastic Styrene Elastomer2016

    • 著者名/発表者名
      Yoshiko Yabuki, Kazumasa Tanahashi, Suguru Hoshikawa, Tatsuhiro Nakamura, Ryu Kato, Yinkai Jiang and Hiroshi Yokoi
    • 学会等名
      The 14th International Conference on Intelligent Autonomous Systems
    • 発表場所
      Shanghai, China
    • 年月日
      2016-07-03 – 2016-07-07
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of a Cognitive Strain on Hand Grasping Induced by Sensory Feedback for Myoelectric Hand2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Yamada, Yusuke Yamanoi, Ko Wakita and Ryu Kato
    • 学会等名
      International Conference of Robotics and Automation 2016
    • 発表場所
      Stockholm, Sweden
    • 年月日
      2016-05-16 – 2016-05-21
    • 国際学会

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公開日: 2018-01-16  

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