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2013 年度 実施状況報告書

脳の運動指令生成機能の定量計測による脳卒中リハビリテーションの多次元的評価

研究課題

研究課題/領域番号 25560276
研究種目

挑戦的萌芽研究

研究機関公益財団法人東京都医学総合研究所

研究代表者

筧 慎治  公益財団法人東京都医学総合研究所, 運動・感覚システム研究分野, プロジェクトリーダー (40224365)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワード脳卒中 / リハビリテーション / 予測制御 / フィードバック制御 / 運動指令 / 共同運動
研究概要

本研究では、①-③のアイディアを中心に研究を進めている。①.並列運動制御器の分離とその定量的評価:運動制御の基本である予測制御器とフィードバック制御器の出力を固有の方法で分離し、各制御器の精度を定量的に評価する。②.上肢分離運動能力の定量化:脳卒中患者に特有の、筋活動の絞り込みの障害(=共同運動)を上肢の6筋の筋電図記録により定量的に評価する。③.①及び②で抽出された運動機能に関する定量的パラメータのチャート化による病態履歴の見える化。以下に各項目の成果の概要を記す。
①. 25年度の研究の過程で、予測制御器とフィードバック制御器の分離評価は筋電図記録を省き、手関節の動きのみを利用した改良形になった。その結果、検査の所用時間は1時間から数分に激減し、同じ患者から反復記録することも容易となった。さらに筋電図の省略に伴い、解析対象は手関節に限定されなくなった。分析に必要なのは2自由度の動き情報のみであり、身体のどこに由来しても構わない。その結果、研究申請の時点では必須であった手関節マニピュランダム以外の、多様な方法で多様な身体部位の運動を並列制御器の観点で分析出来るようになった。例えば腕全体や下肢の運動も分析可能になった。これは高価な計測機器を使わずに、例えば最近普及が進んでいる安価なタブレットによる評価の可能性に道を開いた。
②. ①の結果、当面は筋電図を省略し、同じ患者さんからの頻回記録を優先して研究を進めている。このため、筋電図記録に時間を要し患者さんへの負担も大きいこの項目についての研究は現在保留中である。
③. ①で得られる予測制御器とフィードバック制御器の精度の2つのパラメータに加え、脊髄の反射系の状態を反映すると考えられる微細運動のパラメータを加えた3つのパラメータを用いて、15名の脳卒中患者で病態追跡を行っている。

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

既に研究業績の概要に述べたように、項目①については方法論的に大きく進歩し、データを取得・分析する効率が劇的に改善した。一方、そのために筋電図の記録を省略する必用があり、筋電図の分析を必須とする項目②については保留状体となった。しかしそれに代わる、脊髄の反射系の状態を反映すると考えられる微細運動のパラメータを新たに発見し、このパラメータが脳卒中の病態追跡に有効であることを確認出来たため、当初の予定通り3つのパラメータを使った項目③の研究を進めることが出来た。

今後の研究の推進方策

初年度に開発した脳卒中の病態追跡システムを多数の医療機関に普及させ大規模にデータ取得を行えるシステムに改良する。そのためにはシステムの更なる簡略化・低コスト化が必須である。手関節からの解放によりそれが可能になった。そこで現在、iPadを利用した評価システムを開発中である。
一方、25年度から進めている脳卒中患者の病態追跡の研究は、前例の無い研究であり、従来のシステムを使用して研究の一貫性を保つ。

次年度の研究費の使用計画

翌年度の予算と合わせて予定より高額の備品の購入を検討したため。
26年度の予算と合わせてデータ解析用のPC(30万円以上)を購入する予定。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (11件) (うち招待講演 5件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] 小脳症状の解析 feedback and feedforward2014

    • 著者名/発表者名
      筧 慎治, 李 鍾昊
    • 雑誌名

      Annual Review 神経 2014

      巻: 2014 ページ: 11-17

  • [雑誌論文] Quantitative evaluation of cerebellar ataxia based on pathological patterns of the muscle activities.2013

    • 著者名/発表者名
      Lee J, Kagamihara Y, Kakei S
    • 雑誌名

      Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc

      巻: 2013 ページ: 902-908

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Muscle synergy control model-tuned EMG driven torque estimation system with a musculo-skeletal model.2013

    • 著者名/発表者名
      Min K, Shin D, Lee J, Kakei S
    • 雑誌名

      Proc IEEE Eng Med Biol Soc

      巻: 2013 ページ: 3471-3476

    • 査読あり
  • [学会発表] Movement-related activities of cerebellar nuclear cells support forward model hypothesis2013

    • 著者名/発表者名
      Ishikawa T, Tomatsu S, Tsunoda Y, Hoffman DS, Kakei S
    • 学会等名
      Neuroscience 2013 (the Society’s 43rd annual meeting
    • 発表場所
      San Diego, CA, USA
    • 年月日
      20131110-20131110
  • [学会発表] 定量的運動指令システムを用いた手首運動の評価~健常者における各年代での検討~2013

    • 著者名/発表者名
      霜田直卑, 児玉三彦, 李 鍾昊, 筧 慎治, 正門由久
    • 学会等名
      第43回日本臨床神経生理学会学術大会
    • 発表場所
      高知県民文化ホール
    • 年月日
      20131109-20131109
  • [学会発表] 上肢運動における予測的制御障害とフィードバック制御障害の分離評価とその臨床応用2013

    • 著者名/発表者名
      筧 慎治
    • 学会等名
      第43回日本臨床神経生理学会学術大会
    • 発表場所
      高知県民文化ホール
    • 年月日
      20131107-20131109
    • 招待講演
  • [学会発表] Dissociation of predictive and feedback controllers and its application for evaluation of motor functions in cerebellar disorders2013

    • 著者名/発表者名
      Kakei S
    • 学会等名
      The 2013 International Conferences on Active Media Technology / Brain and Health Informatics
    • 発表場所
      Maebashi, Gunma, Japan
    • 年月日
      20131029-20131031
    • 招待講演
  • [学会発表] パーキンソン病における随意運動中の微小ステップ状運動2013

    • 著者名/発表者名
      筧 慎治
    • 学会等名
      第5回TMD PD研究会
    • 発表場所
      東京医科歯科大学
    • 年月日
      20131022-20131022
    • 招待講演
  • [学会発表] 小脳の予測制御系とフィードバック制御系への関わり:小脳性運動失調の精密分析から2013

    • 著者名/発表者名
      筧 慎治
    • 学会等名
      第7回パーキンソン病・運動障害疾患コングレス
    • 発表場所
      京王プラザホテル 東京
    • 年月日
      20131010-20131012
    • 招待講演
  • [学会発表] 小脳の予測制御系とフィードバック制御系への関わり:小脳性運動障害の解析から2013

    • 著者名/発表者名
      筧 慎治
    • 学会等名
      第20回新潟神経疾患研究会 新潟県医師会主催生涯教育講座
    • 発表場所
      新潟大学
    • 年月日
      20130905-20130905
    • 招待講演
  • [学会発表] Identification of three components of tracking movement of the wrist joint and its application for analysis of neurological disorders2013

    • 著者名/発表者名
      Lee JH, Kagamihara Y, Okada Y, Kakei S
    • 学会等名
      Neuro2013(the 36st Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society)
    • 発表場所
      国立京都国際会館
    • 年月日
      20130622-20130622
  • [学会発表] Quantitative evaluation model of the muscle control policy with EMG signal2013

    • 著者名/発表者名
      Min K, Shin D, Lee JH, Kakei S
    • 学会等名
      Neuro2013(the 36st Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society)
    • 発表場所
      国立京都国際会館
    • 年月日
      20130622-20130622
  • [学会発表] Coordinate frames of movement-related activity of cerebellar nuclear cells.2013

    • 著者名/発表者名
      Ishikawa T, Kakei S
    • 学会等名
      Neuro2013(the 36st Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society)
    • 発表場所
      国立京都国際会館
    • 年月日
      20130621-20130621
  • [学会発表] パーキンソン病(PD)における随意運動中の微小ステップ状運動(microsteps)2013

    • 著者名/発表者名
      筧 慎治, 李鍾昊, 吾妻玲欧,高橋 真,坂本昌己,稲葉 彰,織茂智之
    • 学会等名
      第54回日本神経学会学術大会
    • 発表場所
      東京国際フォーラム
    • 年月日
      20130529-20130529
  • [産業財産権] 運動機能解析システム及びそのシステムの作動方法2013

    • 発明者名
      筧 慎治,李 鍾昊
    • 権利者名
      公益財団法人東京都医学総合研究所
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2013-095173
    • 出願年月日
      2013-04-30

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公開日: 2015-05-28  

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