歩行制御の中枢神経機構の解明～機械学習に基づく大脳皮質－脊髄連関の包括的理解～

阐明步态控制的中枢神经系统 - 基于机器学习全面理解大脑皮层-脊髓连接 -

基本信息

批准号：
18J01286
负责人：
横山光
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

2020年度における研究活動において、ヒト歩行制御の中枢神経機構の解明のため、筋電図・脳波測定と機械学習を用いて歩行時の筋制御に関する研究を進めた。昨年に引き続き今年の6月まで、神経疾患患者を対象とした研究を行うためにトロントリハビリテーション研究所に留学し研究を行なった。パーキンソン病患者を対象とした研究に従事し、中脳ドパミン系の機能不全による大脳皮質機能の低下が、大脳皮質と脊髄の神経細胞活動の同期性を低下させ、歩行時の筋活動異常を引き起こすことを示唆する結果を得た。この内容を論文としてまとめ、Journal of Neurophysiology誌に受理された。6月に帰国した後、脳波と独立成分分析を用いた研究を進め、歩行時の精緻な足部位置制御には感覚運動野、頭頂連合野、視覚野が関わることを明らかにし、European Journal of Neuroscience誌に掲載された。加えて、脳波や筋電図を用いた歩行制御に関わる2つの研究を国際誌に投稿し、査読中である。年度の後半には、歩行時の詳細な筋制御機序を解明するため、60以上の電極を一つの筋の上に貼付し、得られた高密度筋電図信号に独立成分分析を応用して単一の脊髄運動ニューロンの発火タイミングを調べる研究に取り組んだ。シミュレーションと実験から、全身運動時であっても非侵襲的に単一運動ニューロンの発火活動を評価することが可能であるという結果が得られた。以上のように、多角的なアプローチにより、ヒト歩行の神経制御機序に関する研究を遂行し、特に今年度は有望な新規手法の開発、複数の論文を投稿・発表をするなど大きく研究が進展した。

在2020年的研究活动中，我们利用肌电图/脑电图测量和机器学习对步行过程中的肌肉控制进行了研究，以阐明人类步态控制的中枢神经系统。从去年开始，一直到今年6月，我在多伦多康复研究所出国留学，对神经系统疾病患者进行研究。他从事针对帕金森病患者的研究，发现中脑多巴胺系统故障导致大脑皮层功能下降，降低了大脑皮层和脊髓神经元活动的同步性，导致行走时肌肉活动异常。那。该内容被编译成论文，被《神经生理学杂志》接收。 6月回国后，利用脑电图和独立成分分析进行研究，揭示感觉运动皮层、顶叶联合皮层和视觉皮层参与步行时足部位置的精确控制，并发表在《欧洲杂志》上发表在《神经科学》上。此外，两项与使用脑电图和肌电图进行步态控制相关的研究已提交给国际期刊，目前正在接受同行评审。今年下半年，我们将在单块肌肉上安装 60 多个电极，并对所得的高密度肌电信号进行独立成分分析，以阐明步行过程中详细的肌肉控制机制。单个脊髓运动神经元的放电时间。模拟和实验表明，即使在全身运动期间，也可以非侵入性地评估单个运动神经元的放电活动。如上所述，我们对人类行走的神经控制机制进行了多方面的研究，特别是今年，我们的研究取得了重大进展，包括开发有前景的新方法以及发表和出版多篇论文。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

University of Toronto/Toronto Rehabilitation Institute/Krembil Research Institute(カナダ)

多伦多大学/多伦多康复研究所/克伦比尔研究所（加拿大）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Speed- and mode-dependent modulation of the center of mass trajectory in human gaits as revealed by Lissajous curves

李萨如曲线揭示的人类步态质心轨迹的速度和模式相关调制

DOI：
10.1016/j.jbiomech.2020.109947
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
2.4
作者：
Takiyama Ken;Yokoyama Hikaru;Kaneko Naotsugu;Nakazawa Kimitaka
通讯作者：
Nakazawa Kimitaka

Phase dependent modulation of cortical activity during action observation and motor imagery of walking: An EEG study

动作观察和行走运动想象过程中皮层活动的相位依赖性调节：一项脑电图研究

DOI：
10.1016/j.neuroimage.2020.117486
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
5.7
作者：
Kaneko Naotsugu;Yokoyama Hikaru;Masugi Yohei;Watanabe Katsumi;Nakazawa Kimitaka
通讯作者：
Nakazawa Kimitaka

Cortical correlates of locomotor muscle synergy activation in humans: an electroencephalographic decoding study.

人类运动肌肉协同激活的皮质相关性：脑电图解码研究。

DOI：
10.1016/j.isci.2019.04.008
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
5.8
作者：
Hikaru Yokoyama; Naotsugu Kaneko; Tetsuya Ogawa; Noritaka Kawashima; Katsumi Watanabe; Kimitaka Nakazawa
通讯作者：
Kimitaka Nakazawa

Gait‐phase‐dependent and gait‐phase‐independent cortical activity across multiple regions involved in voluntary gait modifications in humans

跨多个区域的步态阶段依赖和步态阶段独立的皮层活动参与人类自愿步态改变

DOI：
10.1111/ejn.14867
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
3.4
作者：
Hikaru Yokoyama; Naotsugu Kaneko; Yohei Masugi; Tetsuya Ogawa; Katsumi Watanabe; Kimitaka Nakazawa
通讯作者：
Kimitaka Nakazawa