感覚麻痺モデルサルを用いたクローズドループ刺激法による体性感覚機能再建法の開発

使用感觉麻痹模型猴开发闭环刺激体感功能重建方法

基本信息

批准号：
21K11259
负责人：
横山修
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、上肢体性感覚情報を欠損させた感覚障害モデルサルに対して、リアルタイムの運動関連情報に基づいて脳を刺激することによって、運動機能を回復させる方法の開発を目指している。当該年度は、新たに1頭のサルの脊髄後根切断手術（リゾトミー）を実施し、それによって引き起こされた脳活動の変化を検討した。切断手術後、末梢（手指）への電気刺激に対する大脳一次体性感覚野の応答が減弱したことによって、末梢感覚情報の中枢神経系への入力が損なわれたことを確認した。また、切断手術後は、上肢を動かせるものの到達運動は素早く滑らかではなくなり、レバーを把持する手指運動も下手になったことから、感覚機能だけでなく運動機能も障害されたことが示された。手術によって、運動課題遂行中の筋活動も著しく減弱した。一方で、末梢からの入力が減少したにも関わらず、運動開始直前に、一次体性感覚野および一次運動野の高ガンマ活動が増大した。この活動増大が運動機能の低下に関連している可能性が考えられるため、運動機能を再建するための戦略として、運動開始前のタイミングでそれらの脳部位を刺激することが有用であると考えられる。次のステップとしてリアルタイムの運動情報（一次運動野の活動または出力された力の大きさ）に応じて一次体性感覚野を刺激するクローズドループ刺激法を行うために、入力された信号の大きさに応じて異なる強度と頻度で電気刺激信号を出力するソフトウェアとハードウェアのセットアップに着手した。

这项研究旨在通过基于缺乏上肢体感信息的感官功能障碍模型猴子中的实时运动相关信息来刺激大脑来恢复运动功能的方法。在今年中，在一只猴子上进行了新的背脊髓截肢手术（LYZothome），并检查了由此引起的大脑活动的变化。截肢手术后，我们证实了脑（手和手指）对电刺激的主要体感皮层对电刺激的反应，从而损害了外周感觉信息的投入到中枢神经系统中。此外，在截肢手术后，尽管可以移动上肢，但距离运动不再平稳，并且手指运动以抓住杠杆，这不仅表明感觉不仅有感觉，而且运动功能也受到了损害。手术还大大减少了运动任务期间的肌肉活动。另一方面，尽管外周输入减少，但在电动机开始之前，原发性体感皮质和原代运动皮质的高γ活性就增加了。由于这种增加的活动可能与运动功能的下降有关，因此人们认为，在运动开始前，刺激这些大脑区域是有用的，作为重建运动功能的策略。在下一步之后，我们开始设置软件和硬件，以不同强度和频率输出电气刺激信号，具体取决于实时运动信息（主要电动机皮层的活性或输出力的活动），以执行闭路环刺激方法，以刺激刺激主要的体感效应，以响应主要运动信息（响应于实时运动的小型运动），从而响应了实时运动的功能（范围内的一部分电动机），启动了一部分输出力量，启动了一部分的输出力量。根据输入信号的大小，在不同强度和频率处的电刺激信号。