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2020 年度 実績報告書

歩行制御の中枢神経機構の解明~機械学習に基づく大脳皮質-脊髄連関の包括的理解~

研究課題

研究課題/領域番号 18J01286
研究機関東京農工大学

研究代表者

横山 光  東京農工大学, 大学院工学研究院, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2021-03-31
キーワード歩行 / 筋電図 / 脳波
研究実績の概要

2020年度における研究活動において、ヒト歩行制御の中枢神経機構の解明のため、筋電図・脳波測定と機械学習を用いて歩行時の筋制御に関する研究を進めた。
昨年に引き続き今年の6月まで、神経疾患患者を対象とした研究を行うためにトロントリハビリテーション研究所に留学し研究を行なった。パーキンソン病患者を対象とした研究に従事し、中脳ドパミン系の機能不全による大脳皮質機能の低下が、大脳皮質と脊髄の神経細胞活動の同期性を低下させ、歩行時の筋活動異常を引き起こすことを示唆する結果を得た。この内容を論文としてまとめ、Journal of Neurophysiology誌に受理された。
6月に帰国した後、脳波と独立成分分析を用いた研究を進め、歩行時の精緻な足部位置制御には感覚運動野、頭頂連合野、視覚野が関わることを明らかにし、European Journal of Neuroscience誌に掲載された。加えて、脳波や筋電図を用いた歩行制御に関わる2つの研究を国際誌に投稿し、査読中である。年度の後半には、歩行時の詳細な筋制御機序を解明するため、60以上の電極を一つの筋の上に貼付し、得られた高密度筋電図信号に独立成分分析を応用して単一の脊髄運動ニューロンの発火タイミングを調べる研究に取り組んだ。シミュレーションと実験から、全身運動時であっても非侵襲的に単一運動ニューロンの発火活動を評価することが可能であるという結果が得られた。
以上のように、多角的なアプローチにより、ヒト歩行の神経制御機序に関する研究を遂行し、特に今年度は有望な新規手法の開発、複数の論文を投稿・発表をするなど大きく研究が進展した。

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

    (5件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 1件)

  • [国際共同研究] Toronto rehabilitation institute/University of Toronto(カナダ)

    • 国名
      カナダ
    • 外国機関名
      Toronto rehabilitation institute/University of Toronto
  • [雑誌論文] Phase dependent modulation of cortical activity during action observation and motor imagery of walking: An EEG study2021

    • 著者名/発表者名
      Kaneko Naotsugu、Yokoyama Hikaru、Masugi Yohei、Watanabe Katsumi、Nakazawa Kimitaka
    • 雑誌名

      NeuroImage

      巻: 225 ページ: 117486~117486

    • DOI

      10.1016/j.neuroimage.2020.117486

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Gait‐phase‐dependent and gait‐phase‐independent cortical activity across multiple regions involved in voluntary gait modifications in humans2021

    • 著者名/発表者名
      Yokoyama Hikaru、Kaneko Naotsugu、Masugi Yohei、Ogawa Tetsuya、Watanabe Katsumi、Nakazawa Kimitaka
    • 雑誌名

      European Journal of Neuroscience

      巻: in press ページ: -

    • DOI

      10.1111/ejn.14867

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Defective corticomuscular connectivity during walking in patients with Parkinson’s disease2020

    • 著者名/発表者名
      Yokoyama Hikaru、Yoshida Takashi、Zabjek Karl、Chen Robert、Masani Kei
    • 雑誌名

      Journal of Neurophysiology

      巻: 124 ページ: 1399~1414

    • DOI

      10.1152/jn.00109.2020

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Speed- and mode-dependent modulation of the center of mass trajectory in human gaits as revealed by Lissajous curves2020

    • 著者名/発表者名
      Takiyama Ken、Yokoyama Hikaru、Kaneko Naotsugu、Nakazawa Kimitaka
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanics

      巻: 110 ページ: 109947~109947

    • DOI

      10.1016/j.jbiomech.2020.109947

    • 査読あり

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公開日: 2021-12-27  

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