分散型制御による麻痺治療を実現するサイバネティクス技術開発

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H04063
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 平田 仁 名古屋大学, 予防早期医療創成センター(医), 教授 (80173243)
• 研究分担者: 高須 正規 岐阜大学, 応用生物科学部, 准教授 (00503327) ; 下田 真吾 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, ユニットリーダー (20415186) ; 岡田 洋平 愛知医科大学, 医学部, 准教授 (30383714) ; 林部 充宏 東北大学, 工学研究科, 教授 (40338934) ; 建部 将広 名古屋大学, 医学系研究科, 特任准教授 (60420379) ; 長谷川 泰久 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70303675) ; 栗本 秀 名古屋大学, 医学系研究科, 特任講師 (70597856) ; 大山 慎太郎 名古屋大学, 医学部附属病院, 特任助教 (80768797) ; 山本 美知郎 名古屋大学, 医学系研究科, 特任講師 (90528829) ; 岩月 克之 名古屋大学, 医学部附属病院, 講師 (90635567)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 同種細胞移植治療 / サイバネティクス / 中枢神経再生 / 分散型制御 / 人工知能 / 暗黙学習 / 筋萎縮性側索硬化症

研究実績の概要

脊髄損傷(SI)や筋萎縮性側索硬化症(ALS)などの外傷・疾患では脳機能が正常に維持される中で広範な神経原性筋萎縮が進行し、生命維持が困難な高度な障害へと発展していく。本研究は、このような難治性麻痺状況に対して、(1)末梢神経幹内神経幹細胞移植による麻痺筋近傍での脊髄様構造の神経節誘導、(2)新たに開発をする複数制御可能な埋め込み型電気刺激装置、(3)脳の制御信号を予測し、暗黙知による制御を可能とする人工知能、という独自に開発した３つの基盤技術を適用して、自立した生活が可能なレベルの機能回復を実現するサイバネティクス技術を開発している。この技術は、歩行や把持動作などの運動機能を回復させるだけでなく、嚥下や呼吸、腸の蠕動運動といった自律神経系の支配が強く、生命維持の根幹に関わる機能を回復させることもできる。本研究では末期ALS患者への治療を想定し、主な死因となっている呼吸嚥下障害をターゲットとして、げっ歯類に留まらず、大型動物モデルでも技術実証を行う。(1)は名古屋大学医学部と愛知医科大学医学部により編成される研究チームが担当し、(2)は名古屋大学工学部が技術開発を行う。（３）は理化学研究所と東北大学工学部で開発を行う。大型動物での技術実証は岐阜大学応用生物科学部附属動物実験施設で実施する。(1)で用いる神経幹細胞には愛知医科大学がヒトiPS細胞より分化誘導した運動神経前駆細胞と、岐阜大学応用生物化学部で採取される豚胎児由来運動神経前駆細胞の２種類の神経前駆細胞を用いており、より安全で臨床応用に適した神経幹細胞の供給技術を確立しつつある。（２）に関しては、一つの刺激装置により複数筋を個々に制御可能な技術と、電磁給電技術の開発に目処をつけており、特許申請を進めている。(3)に関しても、四肢制御用に開発した独自のAIであるtacit learningを嚥下・呼吸に適用させている。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Innervation of Meissner's corpuscles and Merkel ‐cells by transplantation of embryonic dorsal root ganglion cells after peripheral nerve section in rats (2021)
  • 著者名/発表者名: Asano Kenichi、Nakano Tomonori、Tokutake Katsuhiro、Ishii Hisao、Nishizuka Takanobu、Iwatsuki Katsuyuki、Onishi Tetsuro、Kurimoto Shigeru、Yamamoto Michiro、Tatebe Masahiro、Hirata Hitoshi
  • 雑誌名: Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1002/term.3196
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental pilot study for augmented reality-enhanced elbow arthroscopy (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Michiro、Oyama Shintaro、Otsuka Syuto、Murakami Yukimi、Yokota Hideo、Hirata Hitoshi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41598-021-84062-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visual Feedback Control of a Rat Ankle Angle Using a Wirelessly Powered Two-Channel Neurostimulator (2020)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi Masaru、Watanabe Keita、Ishihara Kanta、Miyamoto Taichi、Tokutake Katsuhiro、Saeki Sota、Aoyama Tadayoshi、Hasegawa Yasuhisa、Kurimoto Shigeru、Hirata Hitoshi
  • 雑誌名: Sensors 巻: 20 ページ: 2210～2210
  • DOI: 10.3390/s20082210
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electroencephalographic Functional Connectivity With the Tacit Learning System Prosthetic Hand: A Case Series Using Motor Imagery (2020)
  • 著者名/発表者名: Iwatsuki Katsuyuki、Hoshiyama Minoru、Oyama Shintaro、Yoneda Hidemasa、Shimoda Shingo、Hirata Hitoshi
  • 雑誌名: Frontiers in Synaptic Neuroscience 巻: 12 ページ: -
  • DOI: 10.3389/fnsyn.2020.00007
  • 査読あり
• [学会発表] 遠隔運動器診療の実際 (2021)
  • 著者名/発表者名: 平田仁
  • 学会等名: 日本整形外科超音波学会
  • 招待講演
• [学会発表] 手をつなぐ 手外科を繋ぐ (2021)
  • 著者名/発表者名: 平田仁
  • 学会等名: 第64回日本手外科学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 神経障害性疼痛 (2020)
  • 著者名/発表者名: 平田仁
  • 学会等名: 海部整形外科医会20周年記念講演会
  • 招待講演