| 研究課題/領域番号 |
16K16467
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| 研究機関 | 国立研究開発法人国立長寿医療研究センター |
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研究代表者 |
加藤 健治 国立研究開発法人国立長寿医療研究センター, 健康長寿支援ロボットセンター, ロボット臨床評価研究室長 (30771216)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | Neural Prosthesis / Brain-Computer Interface / 随意運動制御 / 運動機能再建 / 脳卒中片麻痺 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、リアルタイム運動企図関連脳波の推定法を開発し、それを用いて運動機能と運動学習記憶を同時に増強する神経補綴装置の開発を目指している。当初の実施計画に基づいて、今年度は、運動イメージや運動遂行に伴って出現するAlpha（8-13 Hz）、Beta（14-35 Hz）帯域の事象関連脱同期現象、および記憶定着に関連する特徴的脳波（e.g. 睡眠紡錘波、睡眠徐波）のオンライン推定法の開発に成功した（Kato et al., J Neurosci Methods, 2018）。小型マイコンを用いて頭頂部から導出した頭皮脳波を記録し、運動関連周波数帯における瞬時振幅をロックインアンプを用いて計算することで、従来のフーリエ変換による推定法と比較して、各特徴脳波の検出時間が約400 ms短縮、最大相関係数が1.15倍増加、最大相関係数のトライアル間分散が0.78倍減少することに成功した。次に、上記で述べたロックインアンプを用いた新規瞬時脳波推定アルゴリズムの有用性を検討するため、推定された運動企図関連脳波依存的に、経頭蓋磁気刺激法を用いて運動皮質直上を刺激し、手首伸筋における誘発電位を測定することで運動皮質興奮性の評価の検討を進めている。現段階では、従来法のフーリエ変換による脳波推定法と比較し、ロックインアンプを用いた瞬時脳波推定法の方が、運動イメージの課題中に一定の強度に達した運動関連脳波における運動皮質興奮性（手首伸筋における誘発電位のピーク強度）のばらつきが有意に減少しているという結果を得ている。これらの結果は、推定時刻・推定精度・推定正確度の点で有意に向上しているロックインアンプを用いた脳波推定アルゴリズムを用いることで、運動皮質における興奮性をより正確に評価できる可能性を示唆している。
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| 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
今年度は、実施計画に基づき、脳波特徴量の瞬時推定アルゴリズムの開発を滞りなく進めることができた（Kato et al., J Neurosci Methods, 2018)。さらに、上記で述べた脳波推定アルゴリズムの有用性の検討も進めており、健常成人での条件検討・実験をほぼ完了することができた。その結果、推定時刻・推定精度・推定正確度の点で有意に向上しているロックインアンプを用いた脳波推定アルゴリズムを用いた方が、運動皮質の神経興奮性をより正確に評価できる可能性を示唆することができた。現在、これらの成果について、現在査読付き国際論文に投稿中である。これらの事項を総合的に判断し、本申請の進捗状況はおおむね順調であると判断する。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究でこれまで開発してきたロックインアンプを用いた瞬時脳波推定アルゴリズムの有用性についてさらに実験を重ねて、ロックインアンプを用いた瞬時脳波推定アルゴリズムによって推定した脳波振幅変調に合わせた電気刺激を麻痺筋へ送ることで、運動機能や、運動学習を増強する神経補綴の開発へ繋げたい。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成29年度にワイヤレス型筋電図測定機器の購入を予定していたが、その機材が本実験に必要な記録精度を満たしていない可能性があり購入を断念した。その代わりに、別の簡便装着型筋電図測定機器を機材購入費として次年度に購入する予定である。
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