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2022 年度 実績報告書

上肢-体幹協調運動を制御する神経基盤の解明とリハビリテーションへの応用

研究課題

研究課題/領域番号 22J01084
配分区分補助金
研究機関大阪大学

研究代表者

佐々木 睦  大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2022-04-22 – 2025-03-31
キーワード機能的電気刺激 / 経頭蓋磁気刺激 / 脳波 / 運動制御 / FES / TMS / EEG
研究実績の概要

本年度は、上肢と下肢、四肢と体幹といった異なる筋間の協調運動を制御する神経メカニズムに関して経頭蓋磁気刺激(TMS)を用いて神経的結合性という観点から検討を行った。これらをまとめた研究成果はポルトガルで開催された脳刺激に関する国際会議5th International Brain Stimulation Conferenceにて発表を行い、国内外の研究者と意見の交換を行なった。
さらに次年度以降に実施予定である、ブレイン・コンピュータ・インターフェース(BCI)と機能的電気刺激(FES)組み合わせた、複数筋協調運動の向上を目指した新たな神経リハビリテーション法の開発に向け、その基盤システムの構築に取り組んだ。BCIに関しては、脳波の計測・解析技術の習得を試みたことに加え、脳波のリアルタイム解析を基にFES装置を制御するシステムの構築を進めた。構築したシステムを用いた予備実験から、それらのシステムが正常に動作することが確認されており、今後BCIの研究を速やかに進めることができると考えられる。また、BCIと組み合わせて使用することが予定されているFESに関しては、まずはFESそのものの影響を検証するために、脊髄興奮性や皮質脊髄路興奮性の評価が可能な神経生理学的な計測を用いて、その効果を調べた。特にFESが上肢筋 (Cao, Sasaki et al., 2022, Neuroscience Letters)、体幹筋 (Sasaki et al., 2023., Experimental Brain Research)、下肢筋 (Yuasa, Sasaki et al., 2023, Plos One)などのそれぞれの身体部位の制御に関わる神経活動に及ぼす影響を調べた研究成果はいずれも国際誌に掲載された。

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

本年度は次年度の研究に向けた基盤システムの構築、脳波やTMSなどの計測・解析技術の確立、およびそれらを用いた基礎研究に取り組み、いずれも十分な進展が得られたと考えられる。2023年度はここまでに得られた知見を基に更なる研究の進展が期待される。

今後の研究の推進方策

前年度までに、BCIシステムの基盤技術である脳波信号の計測および、リアルタイム解析の手法を確立した。また、脳波信号を基に機能的電気刺激(FES)装置を制御するシステムの構築も完了しており、予備実験にて、適切にBCIシステムが動作することを確認している。本年度はこれらのシステムを用いて健常者に対して介入を行い、複数筋の協調運動制御に対する効果を検証することを計画している。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 5件、 査読あり 12件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (1件) (うち国際学会 1件)

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

    • 国名
      カナダ
    • 外国機関名
      University of Toronto
  • [雑誌論文] Variability of trunk muscle synergies underlying the multidirectional movements and stability trunk motor tasks in healthy individuals2023

    • 著者名/発表者名
      Saito Hiroki、Yokoyama Hikaru、Sasaki Atsushi、Matsushita Kazuya、Nakazawa Kimitaka
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 13(1) ページ: 1193

    • DOI

      10.1038/s41598-023-28467-6

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] F-waves induced by motor point stimulation are facilitated during handgrip and motor imagery tasks2023

    • 著者名/発表者名
      Kaneko Naotsugu、Sasaki Atsushi、Fok Kai Lon、Yokoyama Hikaru、Nakazawa Kimitaka、Masani Kei
    • 雑誌名

      Experimental Brain Research

      巻: 241(2) ページ: 527~537

    • DOI

      10.1007/s00221-022-06537-x

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Disinhibition of short-latency but not long-latency afferent inhibition of the lower limb during upper-limb muscle contraction2023

    • 著者名/発表者名
      Kato Tatsuya、Sasaki Atsushi、Nakazawa Kimitaka
    • 雑誌名

      NeuroReport

      巻: 34(5) ページ: 280~286

    • DOI

      10.1097/WNR.0000000000001889

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Low-level voluntary input enhances corticospinal excitability during ankle dorsiflexion neuromuscular electrical stimulation in healthy young adults2023

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Akiko、Sasaki Atsushi、Popovic Milos R.、Milosevic Matija、Nakazawa Kimitaka
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 18(3) ページ: e0282671

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0282671

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Effects of trunk neuromuscular electrical stimulation on the motor circuits of able-bodied individuals2023

    • 著者名/発表者名
      Sasaki Atsushi、Cao Na、Yuasa Akiko、Popovic Milos R.、Nakazawa Kimitaka、Milosevic Matija
    • 雑誌名

      Experimental Brain Research

      巻: 241(4) ページ: 979~990

    • DOI

      10.1007/s00221-023-06585-x

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Distinct contribution of interneuronal circuits in the human motor cortex during interlimb interactions: A transcranial magnetic stimulation study2023

    • 著者名/発表者名
      Sasaki Atsushi、Kato Tatsuya、Kaneko Naotsugu、Masugi Yohei、Milosevic Matija、Nakazawa Kimitaka
    • 雑誌名

      Brain Stimulation

      巻: 16(1) ページ: 246~247

    • DOI

      10.1016/j.brs.2023.01.389

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Short-term facilitation effects elicited by cortical priming through theta burst stimulation and functional electrical stimulation of upper-limb muscles2022

    • 著者名/発表者名
      Cao Na、Sasaki Atsushi、Yuasa Akiko、Popovic Milos R.、Milosevic Matija、Nakazawa Kimitaka
    • 雑誌名

      Experimental Brain Research

      巻: 240(5) ページ: 1565~1578

    • DOI

      10.1007/s00221-022-06353-3

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Effects of action observation and motor imagery of walking on the corticospinal and spinal motoneuron excitability and motor imagery ability in healthy participants2022

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

      PLOS ONE

      巻: 17(4) ページ: e0266000

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0266000

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Changes in corticospinal and spinal reflex excitability through functional electrical stimulation with and without observation and imagination of walking2022

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

      Frontiers in Human Neuroscience

      巻: 16 ページ: 994138

    • DOI

      10.3389/fnhum.2022.994138

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effective corticospinal excitability neuromodulation elicited by short-duration concurrent and synchronized associative cortical and neuromuscular stimulations2022

    • 著者名/発表者名
      Cao Na、Sasaki Atsushi、Yuasa Akiko、Popovic Milos R.、Milosevic Matija、Nakazawa Kimitaka
    • 雑誌名

      Neuroscience Letters

      巻: 790 ページ: 136910~136910

    • DOI

      10.1016/j.neulet.2022.136910

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Short-and long-latency afferent inhibition of the human leg motor cortex by H-reflex subthreshold electrical stimulation at the popliteal fossa2022

    • 著者名/発表者名
      Kato Tatsuya、Sasaki Atsushi、Nakazawa Kimitaka
    • 雑誌名

      Experimental Brain Research

      巻: 241(1) ページ: 249~261

    • DOI

      10.1007/s00221-022-06497-2

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Firing behavior of single motor units of the tibialis anterior in human walking as non-invasively revealed by HDsEMG decomposition2022

    • 著者名/発表者名
      Yokoyama Hikaru、Kaneko Naotsugu、Sasaki Atsushi、Saito Akira、Nakazawa Kimitaka
    • 雑誌名

      Journal of Neural Engineering

      巻: 19(6) ページ: 066033~066033

    • DOI

      10.1088/1741-2552/aca71b

    • 査読あり
  • [学会発表] Distinct contribution of interneuronal circuits in the human motor cortex during interlimb interactions: A transcranial magnetic stimulation study2023

    • 著者名/発表者名
      Sasaki Atsushi、Kato Tatsuya、Kaneko Naotsugu、Masugi Yohei、Milosevic Matija、Nakazawa Kimitaka
    • 学会等名
      5th International Brain Stimulation Conference
    • 国際学会

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公開日: 2023-12-25  

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