機能的電気刺激による麻痺肢の動作再建に関する基礎的研究

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本研究の目的は、脊髄損傷などの中枢神経障害患者を対象とした機能的電気刺激による麻痺肢の動作再建の臨床応用への橋渡しとなる基礎的研究をおこなうことであった。フィードフォワード制御に関する動物実験では、麻酔下にて末梢神経、脊髄前根・後根、脊髄灰白質を電気刺激し、後肢の運動出力特性を検討した。前根あるいは後根への電気刺激ではそれぞれ全方向への運動が誘発不可能であったのに対し、末梢神経、脊髄刺激では全方向への運動が誘発可能であった。脊髄灰白質刺激では、複数の電極刺激により麻酔下で歩行様運動が誘発可能であった。上位脳を離断した除脳状態、脊髄を切断した脊髄損傷状態下での脊髄灰白質電気刺激では、麻酔下と同様、全方向への運動を誘発できたが、多くは後肢の屈曲運動であり、伸展運動は少なかった。これは脊髄灰白質中心部(いわゆる「movement primitives」に相当する部位)の神経回路が、下行路や反射路の影響を多分に受けるためと思われた。フィードバック制御に関しては、剣山型微細電極を用いてネコの後根神経節からの細胞外電位の記録を行った。大多数のニューロンからは足部の位置、速度と関連したスパイクが記録され、6〜8個の一次感覚ニューロン(Ia,II繊維)の発火パターンからほぼ正確に足部の位置や膝・股関節の角度を予測できることが判明した。これらのデータは実験後に解析したものであるが、今後はリアルタイムで解析し、クローズドループコントロールに反映させることにより精度が高いモーターコントロールが実現可能かどうかを確認する必要がある。