下肢の歩行運動パターンをコンピュータで制御　脊椎に損傷があっても歩行可能に

　ついに、下肢の歩行運動パターンをコンピュータで制御できる時代になった。脳からの信号を四肢に伝える経路である脊髄を損傷すると、損傷領域以外の脳や信号が脳から四肢に伝わらないため、下肢自体に問題が無くても歩行障害が生じる。しかし、この歩行障害の改善には損傷した脊髄を繋ぎなおす必要があるが、これまで実現できなかった。今回開発されたのは、脳から四肢への信号をコンピュータで制御することで、歩行を可能にしようというもの。

　自然科学研究機構 生理学研究所の西村幸男准教授を中心とした笹田周作研究員(現所属:相模女子大学)、福島県立医科大学の宇川義一教授、および千葉大学の小宮山伴与志教授らの研究グループは14日、脳から上肢の筋肉へ伝えられる信号をコンピュータで読み取り、その信号に合わせて腰髄を非侵襲的に磁気刺激することにより、脊髄の一部を迂回して人工的に脳と腰髄にある歩行中枢をつなぐことで下肢の歩行運動パターンを随意的に制御することに世界で初めて成功したと発表した。

　ヒトが歩くときの脚の運動リズムや左右肢の交代的な運動パターンは片方の脚の複数の筋肉が複雑に協調して、さらにそれが左右脚で連携して活動することによってでき上がっている。この複雑な筋活動は腰髄に存在する下肢歩行中枢によって生み出されており、ヒトが歩くときは脳から下肢歩行中枢への指令によって歩行運動パターンが制御されていると考えられている。

　同研究グループは、脊髄損傷による歩行障害の多くは脳と下肢歩行中枢との繋がりが切れたことが問題であって、脳も腰髄にある下肢歩行中枢もその機能を失っているわけではないということに着目した。そこで、脳活動の情報が内在している生体信号をコンピュータで読み取り、下肢歩行中枢へ伝えることで、脳と下肢歩行中枢を人工的に接続することができれば、脊髄の一部を迂回して下肢の歩行運動パターンを随意的に制御できると考えた。

　そして、神経や四肢に障害のない健常人を対象に、脳活動の情報が内在している電気的信号を手や腕の筋肉から記録した。それをコンピュータで読み取り、その信号に合わせた刺激パルスをリアルタイムで下肢歩行中枢の存在する腰髄へ、非侵襲的に磁気刺激することによって、コンピュータによる脊髄迂回路を形成し、脳と下肢歩行中枢を人工的に神経接続した。

　神経や四肢に障害のない健常人にコンピュータによる脊髄迂回路を適用したところ、被験者が下肢をリラックスしている状態であっても、コンピュータによる脊髄迂回路によって下肢の歩行運動パターンを意図的に誘発し、止めることが可能であった。さらに、その歩行サイクルを速くしたりゆっくりしたりと、随意的に歩行の運動パターンを制御可能であることがわかった。

　この結果は脳から上肢筋へ伝えられる信号が脊髄の一部を迂回して腰髄にある歩行中枢へ伝えられたことを意味するという。西村准教授によると、現段階では脚が障害物にぶつかった際の回避運動や立位姿勢の保持は制御できないのが大きな課題だという。今後は、慎重に安全性を確認しながら、臨床応用に向けて研究開発を進めて行く方針だ。(編集担当:慶尾六郎)

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