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2012 年度 実施状況報告書

脳磁計による神経義手の開発と上肢運動機能再建による大脳皮質再構築の検討

研究課題

研究課題/領域番号 24700419
研究機関大阪大学

研究代表者

柳澤 琢史  大阪大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (90533802)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2014-03-31
キーワードBrain-machine interface / 脳磁図 / 電動義手
研究概要

本年度は、これまで皮質脳波によるBMIで開発していきたsupport vector machineとgaussian process regressionを組み合わせた義手制御方法をMEGに適用するプログラムの作成とonlineのデータ処理装置の開発を行った。特に、皮質脳波よりも高い精度で運動の開始を推定する必要があったため、個人の脳活動に会わせてdecoderをフィットさせる方法を確立した。これによりMEGによる運動推定の精度が格段に向上した。
また、義手に取り付けた圧センサーの出力に応じて、被験者の上肢を電気刺激する装置を使用し、義手をMEGで制御して物体を把持した際に、義手の感覚が被験者へフィードバックするシステムを完成させた。
これらの装置を用いて、健常者及び、脳卒中後の半身麻痺患者、腕神経叢引き抜き損傷後の単麻痺患者でリアルタイムの義手制御を開始した。また、これらのpreliminaryな結果を国内学会にて発表した。

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

今年度はMEGによる義手制御システムの確立と正常被験者への適応が主な目標であったが、感覚フィードバックを持つシステムを確立し、正常被験者だけでなく、重度麻痺の患者にも適応できた。ただ、新たな特徴量としてphase-amplitude couplingを用いる予定であったが、予想した程にはBMIの性能向上に寄与しなかったため、脳磁図で捉えやすいMRCFの成分を高精度に抽出することで性能を向上させる方針とした。そこで、MRCFにおいて最も情報を抽出しやすい部分を同定する為のdecoderを新たに開発し、適応した。これにより、麻痺患者においても、約7割の精度で離握手運動のイメージを脳磁図だけから推定する事が出来た。これらの結果は、方法の変更が合ったものの、当初予定したよりも早いペースでの研究の進展であり、研究の達成度を上記と評価した。

今後の研究の推進方策

平成24年度に開発したシステムを用いて、脳卒中や外傷による重度運動機能障害のある患者の運動機能再建を行う。また、運動機能再建による脳活動変化について検討する。更に、感覚フィードバックによる影響を検討するため、様々な刺激パターンで電気刺激を行い、可塑性誘導の有無を指標として、その効果を検討する。後者に関しては健常者及び患者にて行う。

次年度の研究費の使用計画

感覚刺激装置の改良を行うため、刺激装置及び刺激装置制御ボックスの改良を行う。また、得られた成果を学会及び論文にて発表する。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2012 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] Regulation of motor representation by phase-amplitude coupling in the sensorimotor cortex2012

    • 著者名/発表者名
      Yanagisawa T
    • 雑誌名

      J Neurosci

      巻: 32(44) ページ: 15467-15475

    • DOI

      10.1523/JNEUROSCI.2929-12.2012

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Neural decoding of unilateral upper limb movements using single trial MEG signals.2012

    • 著者名/発表者名
      Sugata H
    • 雑誌名

      Brain Res

      巻: 1468 ページ: 29-37

    • DOI

      10.1016/j.brainres.2012.05.053

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Movement-related neuromagnetic fields and decoding performances of single trial classifications in unilateral upper limb movements2012

    • 著者名/発表者名
      Sugata H
    • 雑誌名

      Neuroreport

      巻: 23(1) ページ: 16-20

    • DOI

      10.1097/WNR.0b013e32834d935a

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrocorticographic control of a prosthetic arm in paralyzed patients2012

    • 著者名/発表者名
      Yanagisawa T
    • 雑誌名

      Annal Neurol

      巻: 71(3) ページ: 353-361

    • DOI

      10.1002/ana.22613

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 麻痺患者における感覚運動野皮質脳波の変化とBMIへの応用2012

    • 著者名/発表者名
      柳澤琢史
    • 雑誌名

      認知神経科学

      巻: 13(3) ページ: 255-260

  • [学会発表] リアルタイム脳磁計を用いたBMIによる神経義手制御

    • 著者名/発表者名
      柳澤琢史、福間良平、松下光次郎、平田雅之、菅田陽怜、貴島晴彦、齋藤洋一、シェインモリス、神谷之康、吉峰俊樹
    • 学会等名
      第52回日本定位・機能神経外科学会
    • 発表場所
      岡山
  • [学会発表] Electrocorticographic control of a prosthetic arm in paralyzed patients

    • 著者名/発表者名
      Yanagisawa T, Hirata M, Saitoh Y, Kishima H, Matsushita K, Goto T, Fukuma R, Yokoi H, Kamitani Y
    • 学会等名
      BMI OSAKA
    • 発表場所
      大阪
  • [学会発表] リアルタイム脳磁計を用いたBMIによる神経義手制御

    • 著者名/発表者名
      柳澤琢史、福間良平、松下光次郎、平田雅之、菅田陽怜、貴島晴彦、齋藤洋一、押野悟、圓尾知之、シェインモリス、影山悠、クーウィミン、後藤雄子、神谷之康、吉峰俊樹
    • 学会等名
      第71回日本脳神経外科学会学術総会
    • 発表場所
      大阪
  • [学会発表] Modulation of motor representation by alpha oscillation through phase-amplitude coupling

    • 著者名/発表者名
      Yanagisawa T, Yamashita O, Hirata M, Kishima H, Saitoh Y, Goto T, Morris S , Yoshimine T, Kamitani Y
    • 学会等名
      第35回日本神経科学大会
    • 発表場所
      名古屋

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公開日: 2014-07-24  

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