課 題 番 号 LS139 先 端 研 究 助 成 基 金 助 成 金 ( 最 先 端 次 世 代 研 究 開 発 支 援 プログラム) 実 施 状 況 報 告 書 ( 平 成 24 年 度 ) 本 様 式 の 内 容 は 一 般 に 公 表 されます 研 究 課 題 名 研 究 機 関 部 局 職 名 氏 名 計 算 神 経 リハビリテーションの 創 出 による 脳 可 塑 性 解 明 とテーラーメードリハビリの 提 案 株 式 会 社 国 際 電 気 通 信 基 礎 技 術 研 究 所 脳 情 報 通 信 総 合 研 究 所 室 長 大 須 理 英 子 1. 当 該 年 度 の 研 究 目 的 麻 痺 側 の 上 肢 をいかに 積 極 的 に 使 用 するように 促 すかということが 脳 卒 中 片 麻 痺 のリハビリテーションに おける 重 要 なポイントとなる 本 年 度 は 片 側 の 腕 に 意 図 した 運 動 を 邪 魔 するような 障 害 を 模 した 環 境 を 一 過 的 に 形 成 し 麻 痺 側 の 不 使 用 ( 使 えるのに 使 わない)の 出 現 要 因 を 探 る また リハビリテーションにお いては 訓 練 に 対 するモチベーションを 向 上 させること そのためにどのような 難 易 度 の 課 題 を 設 定 し 報 酬 を 提 供 するかが 重 要 であるが これらの 要 素 に 対 する 感 受 性 は 個 人 差 が 大 きい これらの 要 素 が 各 個 人 の 脳 構 造 とどのように 関 連 するのかを 知 るため 本 年 度 は 健 常 例 において 基 礎 データを 得 る 実 験 を 実 施 する さらに 実 際 に 脳 卒 中 疾 患 例 において 訓 練 期 間 の 前 後 の 脳 構 造 ネットワークおよび 活 動 パタ ーンを 高 精 度 で 計 測 し 複 数 の 機 能 評 価 指 標 性 格 傾 向 を 計 測 する 質 問 紙 などとともにデータベース 化 す ることで 機 能 回 復 を 予 測 し 適 切 な 訓 練 を 提 供 できる 可 能 性 がある 本 年 度 は データベースを 整 備 し 運 用 を 開 始 する 一 方 新 しいリハビリ 手 法 として 脳 活 動 から 左 右 の 手 の 選 択 ( 意 思 決 定 )に 関 わる 信 号 を 実 際 に 手 を 動 かす 前 に 検 出 することで 麻 痺 手 の 使 用 を 促 進 する 訓 練 システムを 開 発 できる 可 能 性 がある 本 年 度 は 健 常 者 を 対 象 に 脳 波 による 運 動 判 別 のための 基 礎 実 験 を 実 施 する 2. 研 究 の 実 施 状 況 < 麻 痺 手 の 不 使 用 の 解 明 > 麻 痺 手 の 不 使 用 を 改 善 することが 重 要 であるにもかかわらず 不 使 用 を 定 量 的 に 評 価 する 手 段 はこれまでなかった そこ で 到 達 運 動 で 左 右 を 自 由 に 選 択 させ 強 制 されると 麻 痺 手 で 到 達 できる 場 所 と 自 発 的 に 麻 痺 手 を 選 択 する 場 所 の 差 分 か ら 不 使 用 すなわち 使 えるけれど 自 発 的 には 使 わないワークスペースを 算 出 す る 方 法 を 提 案 し 妥 当 性 を 検 証 した( 図 1) A 図 1 A: 不 使 用 の 計 算 a) 強 制 されれば 麻 痺 右 手 でリーチ 領 域 できる 領 域 b) 健 常 者 の 右 手 使 用 領 域 c) b でマスクした a d) 自 発 的 な 麻 痺 手 の 使 用 領 域 d) 不 使 用 領 域 (c から b を 引 いた) : 課 題 設 定 さらに 同 様 の 状 況 を 健 常 者 でも 作 り 出 して 不 使 用 出 現 の 要 因 を 探 るため 右 手 だけに 回 転 変 換 を 加 1
えた 状 態 で 左 右 自 由 選 択 の 到 達 運 動 を 行 う 実 験 を 実 施 した 回 転 変 換 の 右 手 を 強 制 的 に 練 習 するブロ ックと 自 由 選 択 のブロックを 交 互 に 繰 り 返 した( 図 2 A) その 結 果 半 数 の 被 験 者 で 機 能 は 回 復 ( 回 転 A 変 換 を 学 習 した)しているのに 使 わない すなわち 不 使 用 のワークスペースが 発 生 した( 図 2) 我 々の 昨 年 度 の 研 究 では 健 常 状 態 での 腕 の 選 択 は 正 確 にターゲットに 到 達 できるかどうか と 楽 に 到 達 で きるかどうか という 二 つの 基 準 に 基 づいていることを 明 らかにしたが 変 換 という 障 害 が 加 わると それ 以 図 2 A: 始 点 とターゲット 右 手 と 左 手 のターゲットは 物 理 外 の 要 素 が 選 択 に 寄 与 すること また それには 個 的 には 離 れているが 視 空 間 状 は 重 なっている : 不 使 用 が 顕 著 な 被 験 者 群 の 平 均 不 使 用 エリア 人 差 があることが 明 らかになった < 麻 痺 手 使 用 を 促 進 するリハビリの 開 発 > 麻 痺 手 の 選 択 を 促 進 する 新 しいリハビリ 手 法 のための 基 礎 データとして 健 常 例 において 上 記 と 同 様 のセッティングで 左 右 の 手 を 自 由 選 択 した 際 の 脳 波 を 計 測 し 運 動 開 始 前 の 脳 波 から 選 択 が 判 別 すること を 試 みた( 図 3) ターゲットを 提 示 後 運 動 開 始 の 指 示 が 出 るまでの 遅 延 期 間 の 脳 波 から 70 80% 程 度 の 確 率 で その 後 どちらの 手 を 選 ぶかが 判 別 できる 場 合 があることが 判 明 した A 図 3 A: 実 験 設 定 :ターゲットの 設 定 < 学 習 やリハビリによる 脳 構 造 の 変 化 > リハビリ 成 功 の 重 要 な 要 素 である 学 習 の 継 続 が 脳 構 造 およびネットワークとどのように 関 連 するのかを 知 るため 健 常 者 において 指 系 列 運 動 学 習 前 後 の 脳 構 造 の 変 化 を 調 べた その 結 果 学 習 後 は 前 に 比 べて 運 動 関 連 領 野 が 有 意 に 発 達 していた 一 方 脳 卒 中 片 麻 痺 患 者 例 について 入 院 時 と 退 院 時 の 脳 構 造 を 比 較 したところ 退 院 時 には 損 傷 半 球 の 運 動 関 連 領 野 が 減 少 する 傾 向 にあり 麻 痺 手 の 不 使 用 を 反 映 していることが 示 唆 された 2
3. 研 究 発 表 等 雑 誌 論 文 計 7 件 ( 掲 載 済 み- 査 読 有 り) 計 6 件 1. Osu R, Otaka Y, Ushiba J, Sakata S, Yamaguchi T, Fujiwara T, Kondo K, Liu M, A pilot study of contralateral homonymous muscle activity simulated electrical stimulation in chronic hemiplegia. rain Injury, 26 (9), 1105-12, 2012. 2. 神 谷 修 平, 武 田 湖 太 郎, 山 田 亨, 梅 山 伸 二, 近 藤 国 嗣, 大 高 洋 平, 大 須 理 英 子, 近 赤 外 分 光 法 におけ る 計 測 プローブの 角 度 変 化 によるアーチファクト. 脳 科 学 とリハビリテーション, 12, 13-18, 2012. 3. Takahashi M, Takeda K, Otaka Y, Osu R, Hanakawa T, Gouko M, Ito K, Event related desynchronization-modulated functional electrical stimulation system for stroke rehabilitation: A feasibility study. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation, 9 (1), 56, 2012. 4. Yamaguchi T, Fujiwara T, Saito K, Tanabe S, Muraoka Y, Otaka Y, Osu R, Tsuji T, Hase K, Liu M: The effect of active pedaling combined with electrical stimulation on spinal reciprocal inhibition. Journal of Electromyography and kinesiology, 23(1), 190-194, 2013. 5. 數 田 俊 成, 武 田 湖 太 郎, 田 中 悟 志, 小 田 柿 誠 二, 大 須 理 英 子, 大 高 洋 平, 近 藤 国 嗣, 里 宇 明 元, 経 頭 蓋 直 流 電 気 刺 激 による 聴 覚 言 語 性 短 期 記 憶 の 増 強 作 用. 臨 床 神 経 生 理 学, 41(1), 18-22, 2012. 6. Han CE, Kim S, Chen S, PT, Lai YH, Lee JY, Lee J, Osu R, Winstein CJ, Schweighofer N, Quantifying Arm Non-use in Individuals Post-stroke. Neurorehabilitation and Neural Repair, 27(5), 439-447, 2013. ( 掲 載 済 み- 査 読 無 し) 計 1 件 7. 武 田 湖 太 郎, 佐 藤 貴 紀, 南 部 功, 山 田 亨, 梅 山 伸 二, 大 高 洋 平, 井 上 芳 浩, 大 須 理 英 子, 和 田 安 弘, 加 藤 宏 之, 脳 卒 中 片 麻 痺 のリハビリテーションと Near-infrared spectroscopy. 認 知 神 経 科 学 会,14(3), 157-161, 2012. ( 未 掲 載 ) 計 0 件 会 議 発 表 計 16 件 専 門 家 向 け 計 15 件 1. 大 高 洋 平, 北 佳 保 里, 武 田 湖 太 郎, 牛 場 潤 一, 坂 田 祥 子, 大 須 理 英 子, 里 宇 明 元, 圧 覚 を 皮 膚 電 気 刺 激 に 変 換 してフィードバックし 重 度 感 覚 障 害 者 の 握 り つまみ 動 作 を 改 善 させる 試 み.2012/5/31-6/2, 福 岡 国 際 会 議 場 ( 福 岡 県 ), 第 49 回 日 本 リハビリテーション 医 学 会 学 術 集 会 2. Osu R, Stroke rehabilitation inspired by motor learning, motor learning theory inspired by rehabilitation. 2012/6/20, Institute of Movement Neurosceince, UCL, London, UK, IMN Seminar. 3. 北 佳 保 里, 大 高 洋 平, 坂 田 祥 子, 大 須 理 英 子, 重 度 感 覚 障 害 者 の 握 り つまみ 動 作 の 改 善 を 目 的 とし た 表 面 電 気 刺 激 を 用 いた 感 覚 フィードバック 装 置 の 開.2012/6/21-23, 自 然 科 学 研 究 機 構 岡 崎 カンフ ァレンスセンター( 愛 知 県 ), 生 理 学 研 究 所 研 究 会 第 6 回 Motor Control 研 究 会. 4. 雨 宮 薫, 山 岨 達 也, 染 谷 芳 明, 大 須 理 英 子, 小 嶋 祥 三, 運 動 イメージ 訓 練 後 と 実 際 運 動 訓 練 後 の 転 移 関 連 領 域 の 相 違 について.2012/6/21-23, 自 然 科 学 研 究 機 構 岡 崎 カンファレンスセンター( 愛 知 県 ), 生 理 学 研 究 所 研 究 会 第 6 回 Motor Control 研 究 会. 5. Osu R, Stroke rehabilitation inspired by computational neuroscience. 2012/6/24, Rome, Italy, workshop "Robotics for neuro-rehabilitation: challenges for improving impact on clinical practice", IEEE International Conference on iomedical Robotics and iomechatronics (IORO 2012). 6. 北 佳 保 里, 大 高 洋 平, 坂 田 祥 子, 大 須 理 英 子, 重 度 感 覚 障 害 者 を 対 象 とした 感 覚 フィードバック 装 置 の 開 発 と 臨 床 実 用 性 に 関 する 予 備 的 検 討,2012/7/28-29, 札 幌 医 科 大 学 記 念 ホール( 札 幌 ),Japan Society for motor control & Neuro-rehabilitation. 7. Osu R, Yoshioka T, Schweighofer N, ehavioral simulation of hand use after stroke using virtual hemi-motor impairments. 2012/9/18-21, 名 古 屋 国 際 会 議 場 ( 愛 知 県 ), 第 35 回 日 本 神 経 科 学 大 会. 8. Takeda K, Kamiya S, Yamada T, Umeyama S, Inoue Y, Otaka Y, Osu R, Influence of skin blood flow by trunk tilting on near-infrared spectroscopy signals. 2012/9/18-21, 名 古 屋 国 際 会 議 場 ( 愛 知 県 ), 第 35 回 日 本 神 経 科 学 大 会. 9. 佐 藤 貴 紀, 武 田 湖 太 郎, 大 須 理 英 子, 南 部 功 夫, 和 田 安 弘,fNIRS 信 号 における 短 距 離 プローブを 用 いた 頭 皮 血 流 アーティファクト 除 去 手 法 のシミュレーションによる 検 討.2012/9/19-21, 北 海 道 大 学 ( 札 幌 ), 生 体 生 理 工 学 シンポジウム 10. 北 佳 保 里, 井 澤 淳, 花 川 隆, 大 須 理 英 子, 筋 力 分 配 問 題 における 神 経 構 造 パラメータの 影 響. 2012/9/27, 信 州 大 学 ( 長 野 県 ), 電 子 情 報 通 信 学 会 ME とバイオサイバネティックス 研 究 会 / 電 子 情 報 通 信 学 会 技 術 研 究 報 告 3
11. Hosoda C, Tanaka K, Osu R, Honda M, Hanakawa T, The more/less ability, the more/less brain structure. 2012/10/13-17, New Orleans, USA, Society for Neuroscience 42th Annual Meeting. 12. Kita K, Otaka Y, Sakata S, Osu R, Development of a training system that provides sensory feedback by electrical nerve stimulation to improve manipulation capability of stroke patient with severe sensory loss. 2012/10/13-17, New Orleans, USA, Society for Neuroscience 42th Annual Meeting. 13. Fujiwara Y, Tomatsu S, Kita K, Hagura N, Ganesh G, Osu R, Kakei S, Izawa J, Decoding coordinate representation of human sensory-motor cortex from fmri activity patterns. 2012/10/13-17, New Orleans, USA, Society for Neuroscience 42th Annual Meeting. 14. Izawa J, Osu R, Yoshioka T, Internal model uncertainty reshapes trial-to-trial variability of motor commands. 2012/10/13-17, New Orleans, USA, Society for Neuroscience 42th Annual Meeting. 15. Sato T, Takeda K, Osu R, Nambu I, Wada Y, Simple method to remove skin blood flow artifact in functional near-infrared spectroscopy by multidistance probe measurements. 2012/10/13-17, New Orleans, USA, Society for Neuroscience 42th Annual Meeting. 図 書 一 般 向 け 計 1 件 16. 大 須 理 英 子, 脳 とリハビリテーション,2012/11/8-10,けいはんなプラザ( 京 都 府 ),けいはんな 情 報 通 信 フェア 2012 計 0 件 産 業 財 産 権 出 願 取 得 状 況 計 1 件 Webページ (URL) 国 民 との 科 学 技 術 対 話 の 実 施 状 況 新 聞 一 般 雑 誌 等 掲 載 計 0 件 ( 取 得 済 み) 計 0 件 ( 出 願 中 ) 計 1 件 性 向 判 別 装 置 タスク 実 行 支 援 装 置. 性 向 判 別 コンピュータプログラムおよびタスク 実 行 支 援 コンピュータプロ グラム. 特 願 2012-268648 出 願 日 :2012.12.7 国 内 出 願 発 明 者 : 細 田 千 尋 ( 株 ) 国 際 電 気 通 信 基 礎 技 術 研 究 所 ( 代 表 ) 花 川 隆 国 立 精 神 神 経 医 療 研 究 センター 大 須 理 英 子 ( 株 ) 国 際 電 気 通 信 基 礎 技 術 研 究 所 出 願 者 :( 株 ) 国 際 電 気 通 信 基 礎 技 術 研 究 所 ( 主 ) 国 立 精 神 神 経 医 療 研 究 センター( 共 同 出 願 者 ) 権 利 者 :( 株 ) 国 際 電 気 通 信 基 礎 技 術 研 究 所 ( 主 ) 国 立 精 神 神 経 医 療 研 究 センター プロジェクトを 紹 介 するページを 以 下 に 作 成 し 随 時 更 新 しています 計 算 神 経 リハビリテーションプロジェクト http://www.cns.atr.jp/next/ ATR オープンハウス,2012/11/8-9,ATR( 京 都 府 ) 対 象 者 : 地 域 住 民, 高 校, 高 等 専 門 学 校 等 の 生 徒, 大 学 生, 大 学 関 連, 企 業, 研 究 関 連 オープンハウス 全 体 の 来 訪 者 は2 日 間 で 1300 名 内 容 : 脳 機 能 データベース~ 脳 卒 中 患 者 様 のニューロリハビリテーションのために~ というタイトルで 一 般 向 け 解 説 ポスターおよび 臨 床 実 験 風 景 の 動 画 を 展 示 し 来 訪 者 に 解 説 を 行 った けいはんな 情 報 通 信 フェア 2012,2012/11/8-10 11/9 に 一 般 に 向 けて 脳 とリハビリテーション というタイトルで 講 演 を 行 った 対 象 者 : 地 域 住 民 その 他 講 演 内 容 に 興 味 を 持 った 人 聴 講 者 は 約 50 名 その 中 には 患 者 様 ご 本 人 患 者 様 のご 家 族 作 業 療 法 士 など 実 際 にリハビリに 関 わって いる 人 たちが 予 想 以 上 に 含 まれており 講 演 後 にも 質 問 や 議 論 を 活 発 に 行 うことができた その 他 該 当 なし 4. その 他 特 記 事 項 該 当 なし 4
様 式 19 別 紙 2 課 題 番 号 LS139 実 施 状 況 報 告 書 ( 平 成 24 年 度 ) 助 成 金 の 執 行 状 況 本 様 式 の 内 容 は 一 般 に 公 表 されます 1. 助 成 金 の 受 領 状 況 ( 累 計 ) ( 単 位 : 円 ) 直 接 経 費 間 接 経 費 1 交 付 決 定 額 2 既 受 領 額 ( 前 年 度 迄 の 累 計 ) 3 当 該 年 度 受 領 額 4(=1-2- 3) 未 受 領 額 既 返 還 額 ( 前 年 度 迄 の 累 計 ) 116,000,000 43,990,000 38,670,000 33,340,000 0 34,800,000 13,197,000 11,601,000 10,002,000 0 150,800,000 57,187,000 50,271,000 43,342,000 0 2. 当 該 年 度 の 収 支 状 況 ( 単 位 : 円 ) 直 接 経 費 間 接 経 費 1 前 年 度 未 執 2 当 該 年 度 受 領 額 3 当 該 年 度 受 取 利 息 等 額 ( 未 収 利 息 を 除 く) 4(=1+2+ 3) 当 該 年 度 収 入 5 当 該 年 度 執 6(=4-5) 当 該 年 度 未 執 当 該 年 度 返 還 額 17,021,487 38,670,000 0 55,691,487 49,245,196 6,446,291 0 5,106,446 11,601,000 0 16,707,446 14,773,559 1,933,887 0 22,127,933 50,271,000 0 72,398,933 64,018,755 8,380,178 0 3. 当 該 年 度 の 執 内 訳 ( 単 位 : 円 ) 金 額 備 考 三 次 元 位 置 センサFastrak System テ シ タル 脳 波 計 物 品 費 11,599,751 Active Two System 64ch 他 Rehabilitation Engineering Workshopにて 成 果 発 旅 費 4,175,653 表 他 謝 金 人 件 費 等 29,364,988 博 士 研 究 員 人 件 費 実 験 被 験 者 謝 金 直 接 経 費 計 間 接 経 費 計 その 他 4,104,804 学 会 参 加 費 MRI 装 置 利 用 料 英 論 文 添 削 料 49,245,196 14,773,559 64,018,755 4. 当 該 年 度 の 主 な 購 入 物 品 (1 品 又 は1 組 若 しくは1 式 の 価 格 が50 万 円 以 上 のもの) 仕 様 型 性 能 単 価 金 額 物 品 名 数 量 等 ( 単 位 : 円 ) ( 単 位 : 円 ) 三 次 元 位 置 センサ Fastrak System テ シ タル 脳 波 計 Active Two System 64ch 納 入 年 月 日 POLHEMUS 1 987,000 987,000 2012/7/30 IOSEMI 1 7,896,000 7,896,000 2012/9/12 設 置 研 究 機 関 名 株 式 会 社 国 際 電 気 通 信 基 礎 技 術 研 究 所 株 式 会 社 国 際 電 気 通 信 基 礎 技 術 研 究 所