重度手指麻痺患者の手の機能回復を目指す「脳波＋ロボット」リハビリテーションの創生

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K01520
• 研究機関: 明治大学
• 研究代表者: 小野 弓絵 明治大学, 理工学部, 専任教授 (10360207)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: ブレイン・マシン・インターフェース

研究実績の概要

平成29年度は開発したDMBシステムを慢性期外来患者27名，回復期入院患者9名へ適用し，麻痺・感覚障害の重症度別のDMBリハビリテーションの機能回復効果について検討した。外来患者に対してDMBによる運動想起訓練を単回施行した結果，手指の痙縮(Modified Ashworth Scale: MAS)が有意に改善する結果が得られた。慢性期患者を麻痺の程度(Brunnstrom Stages of Stroke Recovery: BRS)ならびに感覚障害の程度(Stroke Impairment Assessment Set: SIAS)によってサブグループに分類した検討においても，麻痺からの回復ステージに沿ったDMBの有効性が確認された。また，入院患者については運動想起訓練と一般的な理学・作業療法を組み合わせたリハビリテーションを28日間連続で施行し，このうちの前半あるいは後半の14日間ではDMBを用いたニューロフィードバックによる運動想起訓練を行い，残りの14日間ではDMBと同様の外骨格ロボットを装着するが，脳活動にかかわらず麻痺手を受動的に動かす運動想起訓練を行った。DMB使用期間のみで手指伸展筋の痙縮(MAS)ならびに手指機能(Fugl-Meyer Assessment)が統計的に有意に改善し，対照群では有意傾向にとどまった。DMB使用期間では，運動観察実行に伴う患側のERD強度も有意に増加していたことから，運動関連脳活動の強度に応じて生理学的な感覚フィードバックを付与することが患側運動野の運動回路の再構築を促し，高い臨床効果をもたらしたと考えられる。これらの成果は投稿論文や学会抄録論文として発表した。

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

平成28年度にDMBシステムのユーザーインターフェースを構築したことにより，共同研究先病院内のリハビリテーションスタッフによるデータ取得が順調に行われている。機能回復の要となる運動関連脳活動(ERD)信号を徐々に増大させるためのトレーニングアルゴリズムについても，若年健常者を対象として，外骨格ロボットによる手の動きの固有感覚フィードバック，脳波に同期しない偽フィードバック，脳波に同期するが非生理学的な感覚フィードバック（トーンバースト音）によるERD訓練効果の検討を行った。想起する運動と同等の運動感覚を引き起こす固有感覚フィードバック群のみに有意な訓練効果が認められ，本リハビリテーション手法の優位性が確認された。本研究成果は脳神経科学の国際誌に投稿し，掲載決定している。

今後の研究の推進方策

過去2年間の研究で当初の目的であったDMBシステムの確立がほぼ達成された。平成30年度はより多くのリハビリテーション機会を患者に提供するための在宅用DMBシステムの開発に取り組む。

研究成果

• [国際共同研究] イェール大学医学部(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: イェール大学医学部
• [雑誌論文] Action observation facilitates motor cortical activity in patients with stroke and hemiplegia (2018)
  • 著者名/発表者名: Tani Marina、Ono Yumie、Matsubara Miku、Ohmatsu Satoko、Yukawa Yoshihiro、Kohno Masashi、Tominaga Takanori
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 133 ページ: 7～14
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.neures.2017.10.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetoencephalography Reveals Mismatch Field Enhancement from Unexpected Syntactic Category Errors in English Sentences (2018)
  • 著者名/発表者名: Kubota Mikio、Ono Yumie、Ishiyama Atsushi、Zouridakis George、Papanicolaou Andrew C.
  • 雑誌名: Neuroscience Letters 巻: 662 ページ: 195～204
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.neulet.2017.07.051
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Detection of Blood Flow Speed in Shallow and Deep Tissues Using Diffuse Correlation Spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakabayashi Mikie、Ono Yumie
  • 雑誌名: Advanced Biomedical Engineering 巻: 6 ページ: 53～58
  • DOI: https://doi.org/10.14326/abe.6.53
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Frontal temporal and parietal systems synchronize within and across brains during live eye-to-eye contact (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirsch Joy、Zhang Xian、Noah J. Adam、Ono Yumie
  • 雑誌名: NeuroImage 巻: 157 ページ: 314～330
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2017.06.018
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Investigation of optimal visual cue for training of motor-imagery response (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Kurata, H. Kayanuma , M. Matsubara, N. Seki, K. Wada, D. Takehara, Y. Ono
  • 雑誌名: Trans. Japanese Soc. Med. Biol. Eng. 巻: 55（Proc) ページ: 562-564
  • DOI: https://doi.org/10.11239/jsmbe.55Annual.562
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of neurofeedback training on event-related desynchronization strength by motor imagery. (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Wada, H. Kayanuma , M. Matsubara, N. Seki, M. Kurata, D. Takehara, Y. Ono
  • 雑誌名: Trans. Japanese Soc. Med. Biol. Eng. 巻: 55（Proc) ページ: 565-568
  • DOI: https://doi.org/10.11239/jsmbe.55Annual.565
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of an ERD measurement system using Emotiv Epoc. (2017)
  • 著者名/発表者名: D. Takehara, H. Kayanuma , M. Matsubara, N. Seki, K. Wada, M. Kurata, Y. Ono
  • 雑誌名: Trans. Japanese Soc. Med. Biol. Eng. 巻: 55（Proc) ページ: 556-559
  • DOI: https://doi.org/10.11239/jsmbe.55Annual.556
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 脳波のグレンジャー因果解析による脳ネットワーク活動の可視化 (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Ono, J.A. Noah, X. Zhang, S. Dravida, J. Hirsch.
  • 学会等名: 電子情報通信学会 2018年総合大会
  • 招待講演
• [学会発表] 慢性期脳卒中片麻痺患者に対するBrain Machine Interface訓練の効果 (2018)
  • 著者名/発表者名: 谷 茉理菜, 富永孝紀, 市村幸盛, 河野正志, 湯川喜裕, 今西麻帆, 藤原瑶平, 関 直人, 和田賢弥,小野弓絵
  • 学会等名: 第43回日本脳卒中学会学術集会
• [学会発表] Effect of single use of BMI rehabilitation system with visuosensory feedback in chronic stroke patients (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Seki, K. Wada, M. Kurata, D. Takehara, M. Imanishi, M. Tani, T. Tominaga, Y. Ono
  • 学会等名: 生体医工学シンポジウム2017
• [備考] 明治大学理工学部電気電子生命学科健康医工学研究室ホームページ
  • URL: http://www.isc.meiji.ac.jp/~yumie/index.html
• [備考] BMI 技術を用いた半側空間無視リハビリテーションの構築
  • URL: http://www.tateisi-f.org/html/reports/h27reports/2151006.pdf
• [備考] 理工学部・小野弓絵准教授と穂翔会村田病院が脳卒中リハビリテーション技術を開発
  • URL: https://www.meiji.ac.jp/koho/press/2015/6t5h7p00000isdvu.html