AWHDLP310-017
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安心・安全・健康をつくる医工学研究
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研究テーマ
Brain computer interface
による生活支援
痛みや違和感の可視化による
診断支援
ダンスゲームによる
リハビリテーションの神経機構
光計測による血流の可視化
脳内の情報の流れの可視化
「咀嚼と健康」の
神経メカニズムの解明
研究テーマ
Brain computer interface (BCI) による生活支援
 頭で考えたことをコンピュータに読み取らせ,機械を動かすBCI技術は 身体の不自由な方を支援する介護分野や,エンタテイメントの分野で注目を集めています。 しかしこれまで提案されてきたBCIシステムは訓練しても上達しなかったり,一部の患者さんにはできない動作を含んでおり,より一層の改善が望まれています。 小野研究室では脳卒中リハビリ専門病院などとの連携のもと,BCIの医療福祉分野での応用を目指して下記のプロジェクトを推進しています。

・脳波で動く車いすやロボットなどの生活支援ツールの開発
・麻痺患者の運動意思を検出してリハビリを行うBCIアシストハンドの開発 【プレスリリース】
・動画でわかる!「医工学」- 脳波が,医療や福祉の未来を変える?- 【Meiji.net動画】



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痛みや違和感の可視化による診断支援
 ストレス社会の現代において,炎症や傷など明確な原因がないのに,噛みあわせやあごの痛み・違和感を訴える「咬合違和感症候群(ODS)」という疾患が表在化しています。ODSでは,患者さん自身が,違和感や痛みの原因がからだではなく,心理的な原因(家族関係や仕事の悩みなど)にあると気がつくことが軽快への近道です。 しかし心因性の痛みや違和感は従来の神経検査では検出できないため,医師は対処療法に頼らざるを得ず,患者はなかなか治らない症状のためにドクターショッピングを繰り返し,双方の経済的・時間的損失となっています。
 こうした患者さんの痛みや違和感の強さを脳機能計測で可視化することによって,医師の診断支援,さらには患者さん自身が痛みや違和感をコントロールできるように訓練するバイオフィードバック装置を開発することを目指しています。診療室に持ち運べるサイズの小型fNIRS装置を用いた計測システム(左図)を開発中であり,歯科医師らとの臨床研究を進めています。

本研究は神奈川歯科大学 咬み合わせリエゾン診療科・北里大学精神科との共同研究です。

・脳活動から歯の噛みあわせの「違和感」を可視化−歯科治療の適応を高精度に推定−【プレスリリース】

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ダンスゲームによるリハビリテーションの神経機構
 体を動かして遊ぶダンスゲームは楽しいだけでなく,運動障害をもつパーキンソン病患者のリハビリテーションや,高齢者の認知症予防に有効であることがわかってきました。通常のリハビリ法よりも身体機能の向上成績が良い理由として,音楽を聴いてリズムに合わせて運動することや,ゲームのスコアが出ることでやる気が維持されることが考えられますが,ゲームの上達に伴って運動に関わる脳機能がどのように変化して,これらの良い効果をもたらしているのかはまだわかっていません。
 私たちはダンスゲームで身体機能が向上していく過程を脳波と近赤外分光法(fNIRS)による脳機能計測で追跡調査していくことにより, 「楽しく,効果の高い運動リハビリテーション法」の確立を目指しています。

本研究は米国Yale University 医学部,星城大学リハビリテーション学部との共同研究です。
 
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光計測による血流の可視化:糖尿病合併症の診断とスポーツ生理学への応用
 拡散相関分光法(Diffuse correlation spectroscopy)という光工学手法を応用し,組織の毛細血管血流を身体に安全な近赤外光を用いて,身体を傷つけずに評価する装置を開発しています。

【糖尿病の血管障害の診断】 糖尿病で最も早期に影響を受けるのは全身の毛細血管です。放置すると末端の壊疽(えそ)や神経痛などの合併症を引き起こしますが,初期は無自覚であるため治療や生活習慣の改善につながらないことが問題です。私達は糖尿病ラットが血管障害を生じる過程をDCSで経時的に計測し,早期に糖尿病性の末梢血管障害を検出する方法について研究しています。

【運動中の筋血流動態の評価】 運動中の筋にどのぐらいの血液が流れているかを知ることは,スポーツにおけるトレーニング効果の検証や最大パフォーマンスの発揮のために重要です。光プローブの距離を変化させることで任意の深さの血流を検出できるDCSの特長を活用し,身体の深部にある筋の血流の検出にチャレンジしています。

本研究は明治大学 一之瀬真志研究室・韓国DGIST Lee Kijoon研究室との共同研究です。
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脳内の情報の流れの可視化
fMRIや光トポグラフィの普及により,ある情報処理が行われているときに活動している脳の部位については多くのことが明らかにされてきました。しかし,数十〜数百ミリ秒単位で外界の状況に瞬時に判断できる私たちの脳の中で,実際のニューロンの電気的活動がどのような形でそれらの部位間を行き来しているのかというリアルタイムのネットワークについてはまだ研究が始まったばかりです。私たちは脳磁図(MEG),fNIRS,fMRIのマルチモダリティ脳計測によって得られる機能情報と形態情報を合わせて,脳の情報処理のネットワークを皮質間の結合状態を考慮したモデルとして解明することを目指しています。
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「咀嚼と健康」の神経メカニズムの解明
 噛むことは食べ物を飲み込みやすくしたり消化を助けるだけでなく,ストレスを解消する効果があり,ストレスによって生じる不整脈やがんの発生,認知機能の低下を防ぐ働きが報告されています。また,歯科治療によってよく噛めるようになると,高齢者の認知機能が向上することが臨床の現場ではよく知られています。しかし,口の中で「噛む」感覚刺激が,なぜ脳の機能に変化をもたらすのかという神経メカニズムについてはまだ明らかになっていません。歯科医師・歯科技工士らとの共同研究のもと,ヒト・動物を対象にした脳機能イメージング・脳神経科学的手法を用いて,安価で手軽な健康増進手段としての「咀嚼」の有用性を解明する研究を行っています。


図:通常の入れ歯(上段・CD),インプラントで支持する入れ歯(中段・IOD),天然歯(下段・Dentate)でガム咀嚼を行った時の脳活動。 IODの時の方が自然な歯で噛んだ時に近い脳活動を示している。

本研究は「咀嚼と脳の研究所」,神奈川歯科大学との共同研究です。
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