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

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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。