人間・機械共適応による運動機能再建を目指した自律学習型動作意図推定システムの構築

构建自主学习运动意图估计系统，通过人机协同重建运动功能

• 批准号: 10J06917
• 负责人: 北 佳保里
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Advanced Telecommunications Research Institute International
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J06917/
• 关键词: 運動機能回復; リハビリテーション; 感覚フィードバック; 表面電気刺激; 脳卒中; 感覚麻痺; 運動制御; 最適化; 運動機能再建; リーチング; 運動パターン; 主成分分析

平成24年度に行った研究は,(1)重度の感覚麻痺を有する脳卒中片麻痺患者の手指機能の向上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(Sensory feedback by transcutaneous electrical nerve stimulation, SENSと略記)の有効性の検証,(2)運動中の筋力分配に関する評価関数と神経構造パラメータとの相関を検証に大別される.(1)では,これまでに開発したSENSの有効性を臨床現場において検証し,その結果を論文としてまとめ,Journal of Neuro Engineering and Rehabilitationに投稿した.一方,(2)は運動制御に関する基礎的な研究である.脳は目的の運動を実行するために,無数に存在する運動軌道計画の中から最も適切なものを選択し,その軌道を生成するのに必要な関節トルクを出力する.さらに,目標となる関節トルクを生成するために,無数に存在する筋力の組み合わせの中から最も適切な一つの組み合わせを選択する.このように,運動制御に関する脳の計算理論の重要な問題は,生体運動制御系に含まれる冗長性を解決することである.脳卒中など運動疾患により運動機能が低下し,その後の回復過程において,どのように筋の使い方が変化していくのか,また神経基盤と筋力分配との関係は健常者と異なるか等検証するため,まず健常被験者において筋力分配問題に関わる計算理論とその脳内実現について明らかにすることを試みた.30名で等尺性筋収縮タスクとMRI撮像を行い,筋力分配を表す指標(筋のtuning functionの面積)と神経構造パラメータとの相関をVoxel-Based Morophometryを用いて解析した結果,右Premotorの灰白質の体積と指標との間に正の相関が見られた.これは,筋力の総和や二乗和といった筋の消費エネルギーを考慮した指標によって被検者間の脳構造のばらつきを説明可能であることを示しており,消費エネルギーを考慮した筋力分配に関する評価関数が脳構造に影響を与えている可能性を示唆していると考えられる.

2012年进行的研究大致分为（1）使用表面电刺激验证感觉反馈设备（通过经牙性电气刺激的感觉反馈，缩写为SENS）的有效性，该刺激旨在提高中风半瘫痪患者的功能，并在练习过程中进行严重的感觉瘫痪和（2）在练习过程中进行练习和NE NE练习。 （1）检查了先前开发的SENS在临床环境中的有效性，并将结果总结为论文，《神经工程杂志》，并在康复方面发布。同时，（2）是关于运动控制的基本研究。为了进行所需的运动，大脑从无数的运动轨迹计划中选择最合适的运动，并输出产生目标关节扭矩所需的关节扭矩。此外，为了产生目标关节扭矩，最合适的扭矩是从无数肌肉强度组合中选择的。因此，关于运动控制的大脑计算理论的重要问题是解决生物运动控制系统中包含的冗余。为了检查运动功能如何由于中风引起的降低，以及在恢复过程中的肌肉使用方式如何变化，以及神经基础与肌肉分布之间的关系是否与健康受试者的关系有所不同，我们首先试图阐明与肌肉强度分布问题及其在大脑中实现的计算理论。 30人执行了等距肌肉收缩任务和MRI成像，并检查代表肌肉强度分布的索引（肌肉调节）。功能区域与神经结构参数之间的相关性是使用基于体素的体质学分析的，并且在右前运动和索引中发现灰质的体积之间存在正相关。这表明，受试者之间大脑结构的变化可以通过考虑到肌肉能量消耗的指标来解释，例如肌肉力量和正方形的总和，这表明考虑到能量消耗的肌肉力量分布的评估功能可能会对大脑结构产生影响。

项目成果

経頭蓋直流電気刺激による慢性期脳卒中患者の下肢筋力増強

经颅直流电刺激增强慢性脑卒中患者下肢肌力

• 发表时间: 2010
• 作者: Satoshi Tanaka;Kotaro Takeda;Yohei Otaka;Kahori Kita;Rieko Osu;Manabu Honda;Norihiro Sadato;Takashi Hanakawa;Katsumi Watanabe;北佳保里;Kotaro Takeda;田中悟志
• 通讯作者: 田中悟志

Non-invasive cortical stimulation enhances lower limb function in chronic stroke patients

无创皮质刺激可增强慢性中风患者的下肢功能

• 发表时间: 2011
• 作者: Tanaka S;Takeda K;Otaka Y;Kita K;Osu R;Honda M;Sadato N;Hanakawa T;Watanabe K
• 通讯作者: Watanabe K

ロボット学会第26回論文賞(対象論文:北佳保里,加藤龍,横井浩史:習熟度を考慮した自己組織的動作識別法の構築.日本ロボット学会誌2010, 28(7):783-791.),日本ロボット学会, 2012年9月.所属期間の研究成果公表web

机器人学会第 26 届最佳论文奖（目标论文：Kaori Kita、Ryu Kato、Hiroshi Yokoi：考虑熟练度的自组织动作识别方法的构建。Journal of the Robotics Society of Japan 2010, 28(7):783-791。） ，日本机器人学会，2012 年 9 月。在加入期间网络上发表的研究成果

脳卒中片麻痺例における運動負荷に依存した脳活動のLaterality

中风偏瘫患者大脑活动的偏侧性取决于运动负荷

• 发表时间: 2010
• 作者: Satoshi Tanaka;Kotaro Takeda;Yohei Otaka;Kahori Kita;Rieko Osu;Manabu Honda;Norihiro Sadato;Takashi Hanakawa;Katsumi Watanabe;北佳保里;Kotaro Takeda;田中悟志;北佳保里;Kahori Kita;北佳保里;武田湖太郎
• 通讯作者: 武田湖太郎

感覚フィードバック装置,感覚フィードバック方法

感觉反馈装置、感觉反馈方法

• 发表时间: 2010