Roles of the Deep Brain in the Control of Human Bipedal Locomotion: Capturing Deep Brain Activity with Innovative EEG Techniques

深部大脑在控制人类双足运动中的作用：利用创新的脑电图技术捕获深部大脑活动

基本信息

批准号：
21H03340
负责人：
横山光
金额：
$ 9.82万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology (2022-2023)The University of Tokyo (2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H03340/
关键词：
脳波筋電図歩行 MRI 脳深部パーキンソン病

项目摘要

本研究の目的はヒト二足立位歩行の制御における中脳・視床などの脳深部領域の役割を最新の脳波計測・解析技術を組み合わせ解明することである。近年、高密度脳波測定とMRI(Magnetic Resonance Imaging)画像に基づく被験者ごとの詳細な脳モデルを組み合わせた手法により、脳深部電気活動を非侵襲的に測ることが可能と証明された。さらに、不可能と考えられていた歩行時の脳波測定も革新的手法により測定が可能となった。これらの手法により歩行時の脳深部活動を測定し、大脳皮質や筋など他領域との関係性からヒト歩行制御における脳深部領域の役割を解明する。本年度は、脳波とMRIを組み合わせた脳深部の電気活動推定手法に関して、まずMRIの撮像方法、解析方法最適化を推進した。MRIの撮像方法を昨年度までのT1強調画像単体からT1強調画像に加えT2強調画像の撮像を追加した。また、詳細な撮像パラメーターの調節を行い、骨、脳、皮膚などの頭部組織をT1強調画像とT2強調画像を組み合わせることで分割しやすいようにした。さらに、最新の頭部組織分割法を導入した (チャーム法、SimNIBS toolbox, Puonti et al, 2020)。10組織に分割された頭部画像から頭部導電モデルを有限要素法で作成した。そして、深層学習を使用して、全頭から取得した160chの脳波から脳深部の活動を推定する新規手法の検討を行ない、従来手法より高精度に推定可能という結果が得られた。また、脳深部と脊髄活動の関係性を調べるために、脊髄活動を非侵襲的に調べる手法による歩行時の脊髄活動推定を行ない、研究結果を国際誌に発表した。

这项研究的目的是结合最新的脑电图测量和分析技术，以阐明深脑区域（例如中脑和丘脑）在控制人类双皮亚站立步态中的作用。最近，已经证明，可以通过MRI（磁共振成像）图像组合高密度的EEG测量和每个受试者的详细脑模型来非侵入性的深脑电活动。此外，创新的方法使步行时可以测量脑波，这是不可能的。这些方法在步行过程中测量了深层大脑的活动，并根据与其他区域（例如大脑皮层和肌肉）的关系来阐明大脑区域在人类步行控制中的作用。今年，我们首先促进了有关深脑电动活性估计的MRI成像和分析方法，结合了脑电图和MRI。 MRI成像方法已从T1加权图像中添加到T1加权图像中，直到去年，以及T2加权图像捕获。此外，调整了详细的成像参数，通过结合T1加权和T2加权图像来更容易地将头部组织（例如骨骼，大脑和皮肤）划分。此外，引入了最新的头部组织分裂方法（Charm方法，Simnibs Toolbox，Puonti等，2020）。使用从头部图像分为10个组织的有限元方法创建了底部传导模型。使用深度学习，我们研究了一种新方法，以从所有头部获得的160个脑波通道中估算大脑活性，并获得的结果可以比常规方法更高的准确性进行估计。此外，为了研究深脑和脊髓活性之间的关系，使用对脊髓活性的无侵入性研究在步行过程中估计脊髓活性，并在国际杂志上发表了研究结果。

项目成果

期刊论文数量（5）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

非侵襲神経機能計測によるヒト歩行制御の神経基盤の理解

通过非侵入性神经功能测量了解人类步态控制的神经基础

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Roy A;Tomaz da Silva M;Bhat R;Bohnert KR;Iwawaki T;Kumar A;横山光
通讯作者：
横山光

Recent Updates on Investigation of Neural Control of Human Locomotion by Non-invasive Neural Recording Techniques

通过非侵入性神经记录技术研究人类运动神经控制的最新进展

DOI：
10.3902/jnns.30.21
发表时间：
2023
期刊：
The Brain & Neural Networks
影响因子：
0
作者：
Hamazaki Nobuaki;Kamiya Kentaro;Yamamoto Shohei;Nozaki Kohei;Ichikawa Takafumi;Matsuzawa Ryota;Yamashita Masashi;Uchida Shota;Maekawa Emi;Meguro Kentaro;Yamaoka-Tojo Minako;Matsunaga Atsuhiko;Ako Junya;Yokoyama Hikaru
通讯作者：
Yokoyama Hikaru

Firing behavior of single motor units of the tibialis anterior in human walking as non-invasively revealed by HDsEMG decomposition