人工内耳における聴神経変性を考慮した電気刺激波形の最適設計

考虑人工耳蜗听觉神经变性的电刺激波形优化设计

• 批准号: 22K11298
• 负责人: 簔 弘幸
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Kanto Gakuin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K11298/
• 关键词: 聴覚系神経補綴; パルス状電気刺激波形

本課題の目的は、人工内耳装着者に音響情報を最も伝えやすくする電気刺激波形を見出すことである。これまで、聴神経を適切に制御する電気刺激の候補として、レートと振幅が同時に変調された双極二相性パルス状波形を提案している。しかしながら、聴神経の変性が想定されていなかったため、現状ではその状況での電気刺激波形の最適な条件を見出せるまでに至っていない。令和４年度は、聴神経の軸索における髄鞘の萎縮が考慮された聴神経線維モデルにおいて、髄鞘の直径を健常時の2.5μmから、穏やかに変性が進んだ2.2μm、更に顕著に変性が起こった1.8μmまで変化させ、単一パルス状電気刺激に対するスパイク発火応答の基本的な性質が調査された。なお、単一パルス状電気刺激が採用されたのは、最も基本的な刺激方法であったからであり、パルス状電気刺激波形の系列に対する応答を調査する前に、それらの応答の基本的な性質に関する知識を得ておく必要があったからである。その結果、髄鞘の直径の減少にともなって、興奮を惹起させるパルス状刺激電流の閾値は顕著に上昇するとともに、スパイク初期化の後に軸索を跳躍伝導するときの伝導速度は減少することが示された。また、スパイク発火応答初期化の時空間的性質は、髄鞘の直径の減少に伴って、空間的に減少することが示された。これらの知見を、対面で開催された44th Annual International Conference of the IEEE in Medicine and Biology Conference Society, 計測自動制御学会ライフエンジニアリング部門シンポジウム2022において口頭発表した。更に、Society for Brain Mapping and Therapeutics 20th Annual World Congressにおいて招待講演として口頭発表した。

该项目的目的是找到一种最能向人工耳蜗植入者传递声学信息的电刺激波形。到目前为止，我们已经提出了一种双极、双相脉冲状波形，其中速率和幅度同时调制，作为电刺激的候选者，以适当地控制听觉神经。然而，由于没有假设听觉神经变性，因此还不可能找到该情况下电刺激波形的最佳条件。 2020财年，在考虑听神经轴突髓鞘萎缩的听神经纤维模型中，髓鞘直径从正常状态的2.5μm变为轻度变性的2.2μm，然后变为2.2μm研究了单脉冲电刺激的尖峰放电响应的基本性质，变化最大为 1.8 μm。应该指出的是，采用单脉冲电刺激是因为它是最基本的刺激方法，并且在研究对一系列脉冲电刺激波形的响应之前，了解这些响应的基本特性非常重要。有必要获得有关的知识结果，随着髓鞘直径的减小，引起激发的脉冲刺激电流的阈值显着增加，并且示出了尖峰初始化后轴突中跳跃传导期间的传导速度降低。此外，随着髓磷脂直径的减小，尖峰放电响应初始化的时空特性在空间上也随之减小。这些研究结果在 IEEE 医学和生物学会议学会第 44 届年度国际会议以及 2022 年仪器与控制工程师学会生命工程分会研讨会上以口头方式提出，这些会议是面对面举行的。此外，我还作为受邀演讲者在脑图谱与治疗学会第 20 届世界年会上做了口头报告。

项目成果

Noise-induced phase-amplitude coupling in a neural network model with a weak excitatory synaptic transmission

具有弱兴奋性突触传递的神经网络模型中噪声引起的相位幅度耦合

• 发表时间: 2022
• 作者: Ryosuke Mori; Hiroyuki Mino;Dominique M. Dur
• 通讯作者: Dominique M. Dur

髄鞘の変性を伴った聴覚神経線維モデルにおけるスパイク応答初期化の時空間的性質

髓鞘变性听觉神经纤维模型尖峰响应初始化的时空特性

• 发表时间: 2022
• 作者: 田島美空; 簑弘幸
• 通讯作者: 簑弘幸

脳深部刺激療法でのベータ振動に基づく電気刺激波形のパルス周波数の PI 制御

深部脑刺激治疗中基于β振荡的电刺激波形脉冲频率的PI控制

• 发表时间: 2022
• 作者: 鈴木豪流; 森亮介; 簑弘幸
• 通讯作者: 簑弘幸

Spatio-temporal properties of neural spike initiations in response to a single pulsatile stimulus in demyelinated auditory nerve fiber models

脱髓鞘听觉神经纤维模型中响应单个脉动刺激的神经尖峰启动的时空特性

• 发表时间: 2022
• 作者: Miku Tajima;Hiroyuki Mino
• 通讯作者: Hiroyuki Mino

Closed-Loop DBS with a Variable Pulse Frequency Adjusted by PI Controller in Cortico-Basal Ganglia-Thalamic Neural Loop Model

皮质-基底节-丘脑神经环路模型中 PI 控制器调节可变脉冲频率的闭环 DBS

• 发表时间: 2022
• 作者: Takeru Suzuki; Ryosuke Mori; Hiroyuki Mino;Dominique M. Dur
• 通讯作者: Dominique M. Dur