【研究分野】リハビリテーション科学・福祉工学

【研究領域課題番号】17K13067 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

マーモセット / カルシウムイメージング / 脊髄損傷 / 運動制御 / リハビリテーション / 脳深部カルシウムイメージング / 神経科学

【研究成果の概要】

ラット両側皮質脊髄路損傷モデルに対し神経細胞活動の可塑性を検証したところ、運動野において208 ± 7.2個の神経細胞活動を記録できた(n=3)。上肢の到達運動を行なう際のラット運動野の神経活動を記録したところ、12.7個(6.1%)の細胞が到達運動に関連して活動することが確認された。これらの神経細胞は、脊髄損傷1-2週後では到達運動に関連する細胞が減少し、その後上昇することが確認された。 マーモセット運動野においても同様に、皮質脊髄路損傷の損傷前、損傷直後(麻痺)、回復期において動員される神経細胞が変化することが確認された。

【研究の社会的意義】

この内視鏡レンズを用いた観察手法は、より脳の深部に位置する大脳基底核や海馬などの領域における観察にも応用が可能であり、運動や認知、記憶などの霊長類における複雑な脳機能に関わる神経ネットワークの研究の有力なツールとなる。さらに精神・神経疾患モデルマーモセットに対し適用することで、ヒトにおける精神・神経疾患の新たな治療へ展開されることが期待されます。
リハビリテーションは様々なメカニズムが複合的に合わせることで運動機能回復に寄与するが、本研究ではその中でも脊髄損傷後に局所回路の再編成がどのように起こるかIn vivo カルシウムイメージング手法を用いて解析することができた。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】リハビリテーション科学・福祉工学

【研究領域課題番号】24650329 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

リハビリテーション / 神経科学 / 遺伝子 / 医療・福祉 / 運動学習

【研究成果の概要】

マイクロアレイを用いたELISA法で定量する末梢血BDNF量ならびにPCR法によって口腔粘膜から同定するBDNF遺伝子の機能多型に関して、過去の文献と遺伝子データベースに基づいて既知のターゲットを選定し、健常成人での分類をおこなった。機能多型を有する被験者数は過去の報告よりも低く、十分な統計解析がおこなえるバリエーションは得られなかった。一方、1日1時間の到達運動訓練を連続5日間実施し、磁気共鳴画像法による脳構造変化を定量した結果からは、1-2日目に生じる一次運動野と海馬の体積増加ならびに皮質脊髄路の軸索束のintegrityが、その後に生じる運動学習プロセスを説明することを明らかにした。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】リハビリテーション科学・福祉工学

【研究領域課題番号】21300202 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

理学療法学 / リハビリテーション / 神経科学 / 歩行訓練 / 脊髄損傷 / 脳卒中片麻痺 / 運動機能障害 / 水治療 / 人工筋肉 / 二関節筋

【研究成果の概要】

本研究では,ヒトと同じ二関節筋を用いた駆動機構を持ち,機能する筋にはアシストしない設定が可能で,できる限り患者自らの筋神経系を使った訓練ができる水陸両用の歩行訓練システムの開発を目指してきた.最終年度には二関節筋モデルの導入による装具フレームの強度不足を解消する再設計・製作を進め,制御システムの改良,さらに独自の空気圧人工筋の開発,ユーザインターフェイス部の開発等を進め,臨床試験実施のための礎を築くことができた.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2009 - 2012

【配分額】18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円)

【研究分野】リハビリテーション科学・福祉工学

【研究領域課題番号】20300198 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

リハビリテーション / 神経科学 / 脳神経疾患 / 機能的電気刺激 / 医療・福祉 / 機能的電気成樹

【研究成果の概要】

筋電比例式機能的電気刺激装置を小型化し内蔵した前腕スリーブを開発した。内側にはメッシュ素材の布を装着し、表面電極の固定位置を可変式とし、金属不織布で覆うことでノイズ除去を行う工夫がしてある。装着の困難さを解決するため、スリーブを装着してから開窓式の表面電極の固定部分を装着する二段階装着方式とし、表面電極が常に一定の位置に固定される。若干の動作不安定性があるが、携帯性に優れる点は被験者に好評であり、日常生活における長時間使用によって障害側運動野の脳血流が賦活されることで片麻痺の改善が期待されると思われる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)

【研究分野】リハビリテーション科学・福祉工学

【研究領域課題番号】19500471 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生物・生体工学 / 生物物理 / 医療・福祉 / 神経科学 / リハビリテーション / 医療福祉

【研究成果の概要】

従来,運動麻痺に対して様々な運動リハビリテーション訓練が実施されてきたが,その意義として,近年,神経に対するリハビリテーション効果が見出されてきた.麻痺した筋・関節を強制的に受動的運動させることで,神経が刺激され,刺激信号が中枢神経に入力し,運動神経機能を高めるというしくみである.本研究では,受動運動を利用したリハビリテーションデバイスの開発を目的に,足関節の受動運動訓練装置を開発し,運動麻痺者を対象に訓練装置の神経リハビリ効果を検証した.その結果,装置による受動運動により筋放電(筋の興奮)が得られることがわかり,神経リハビリテーション効果を有する可能性があると考えられた.

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】リハビリテーション科学・福祉工学

【研究領域課題番号】19300199 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生活支援技術 / 機能代行 / ユーザインタフェース / リハビリテーション / 情報工学 / 神経科学

【研究成果の概要】

本研究は運動機能及び感覚機能代行における機能補助機器とその使用者間の動的協調の実現を目指すものである。研究期間中,機能補助機器を筋電義手に限定し,(a)様々な動的タスクにおける肩・アーム・手複合体の協調特性の計測や動的補助動作を実現するための使用者運動意図の識別方法の開発,(b)使用者への感覚提示方法の提案,(c)(a)と(b)の統合で,動的協調を実現するためのインタフェースの構築を行い,その有効性を検証した.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)

【研究分野】知覚情報処理・知能ロボティクス

【研究領域課題番号】17200012 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経筋骨格モデル / 体性反射 / 非侵襲運動計測 / 神経科学 / リハビリテーション / 運動シミュレーション / 筋張力データベース / 身体モデルパラメータ同定 / 筋張カデータベース / 筋骨格モデル / 運動計測 / マーカレス運動計測 / 運動最適化 / 運動データベース / 低侵襲運動計測 / 動力学計算 / 筋パラメータ / 関節パラメータ / リンクパラメータ / 運動解析

【研究成果の概要】

1.神経筋骨格モデルおよびそのための順・逆動力学計算法の開発と神経医療における知見を基にした検証と改良従来の筋骨格モデルに比べて極めて詳細(155自由度の骨格と約1000本の筋)な筋骨格モデル,および脊髄神経から筋までの神経-筋ネットワークをモデル化した神経筋骨格モデルを開発した.また,体性反射や筋ダイナミクスなど生理学的な知見をもとに高精度な筋張力推定アルゴリズムを開発した.
2.計算・シミュレーション結果の可視化と低次元化による診断・リハビリテーション支援への応用
計測された運動データ,計算された筋張力などを三次元モデルやグラフとして可視化し,神経筋疾患の診断やリハビリテーションを支援するツールを開発した.また,多次元のデータを低次元化して容易に理解できるように提示する技術を開発した.
3.神経筋骨格モデルパラメータを非侵襲に同定する手法の開発
骨格モデルの運動学・質量パラメータ,関節粘弾性パラメータ,筋モデルパラメータ,神経-筋ネットワークパラメータを,非侵襲な運動・筋電計測データのみにより同定する手法を開発した.
4.新しい非侵襲運動計測システム技術の提案
従来の球状マーカを用いた光学式モーションキャプチャに代わる運動計測システムのプロトタイプを開発した.具体的には,平面状のメッシュマーカを用いて計測点数を増加するとともに安全性を高めた方法と,カラー画像を用いてマーカレスに運動とトポロジーの取得を同時に行う方法を実現した.

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2005 - 2007

【配分額】35,620千円 (直接経費: 27,400千円、間接経費: 8,220千円)