パーキンソン病(Parkinson’s Disease、PD)の患者は一般的に歩行障害を経験し、これは彼らの生活の質に深刻な影響を与えます。以前の研究では、基底核のβ帯域(15-30Hz)の振動活動が歩行障害に関連している可能性がありますが、歩行プロセス中のこれらの振動活動の正確な動的情報はまだ明らかになっていません。さらに、既存の研究では、音声キューがPD患者の歩行運動学を改善することが分かっています。この音声キューの神経生理学的メカニズムをより良く理解すれば、適応型深部脳刺激(ADBS)技術を使って歩行障害を治療できる可能性があります。そこで、本研究では、歩行プロセス中の視床下核(subthalamic nucleus、STN)の振動活動の動的特性を描写し、音声キューが歩行を調節する神経...

大脳皮質電気刺激が動作学習に与える強度依存性影響とドーパミンの関係 背景紹介 近年、非侵襲的脳刺激技術である経頭蓋直流電気刺激(transcranial direct current stimulation, tDCS)は、神経可塑性研究において広く利用されており、認知と行動の調節に使用されています。しかし、刺激プロトコルを最適化してその利点を最大化することは依然として大きな課題です。そのためには、刺激が大脳皮質機能および行動にどのように影響を与えるかを理解する必要があります。現在、tDCS強度と脳興奮性の関係には用量反応関係が存在するという証拠が増えているものの、行動との関係についてはまだ十分に解明されていません。また、この用量反応関係を駆動する可能性のある神経生化学的なメカニズムを探る研...

非侵入性迷走神経刺激における自発性クモ膜下出血への応用：ランダム化安全性および実現可能性研究報告 自発性クモ膜下出血（SAH）は通常、深刻な雷鳴のような頭痛を伴い、患者は「生涯で最もひどい頭痛」と表現することが多い。ほとんどの患者（90％）は集中治療室（ICU）での治療期間中に激しい頭痛が続き、3分の1以上の患者は脳損傷後も数年間にわたって頭痛が続き、生活の質に重大な影響を与える。現在、これらの患者に対する効果的な治療法やガイドラインは非常に少なく、鎮痛薬の効果に関するデータもほとんどない。効果的な疼痛管理方法が欠如しているため、臨床医はしばしばオピオイドに頼って痛みを軽減しようとするが、オピオイドの副作用と依存リスクはアメリカにおけるオピオイド乱用の主要な原因の一つとなっている。さらに、オ...

神経形態ハードウェアにおける脳に倣った計算原理を用いた学習逆運動学 背景と研究動機 現代のロボティクスの分野では、自律的な人工エージェントの低遅延神経形態処理システムを実現することに大きな可能性がある。しかし現在のハードウェアは変動性と低精度があり、そのためその安定性と信頼性を確保することが厳しい課題となっている。これらの課題に対処するため、研究者たちは脳にインスパイアされた計算原理（computational primitives）を利用しています。例えば、三重スパイクタイミング依存プラスティシティ（triplet spike-timing dependent plasticity）、基底核に基づく脱抑制メカニズムおよび協力競技ネットワークなどを運動制御に応用しています。 本研究では、混合...

移動ヨウ素捕獲技術が高安定性のペロブスカイト太陽電池を推進 背景紹介 ペロブスカイト太陽電池 (Perovskite Solar Cells, PSCs) は、その高効率と低コストにより、将来の光伏発電の有力候補材料と見なされています。しかし、ペロブスカイト材料自身の安定性の問題、特に光分解（Photolysis）とイオン移動（Ion Migration）は、実際の応用において重大な影響を与えます。具体的には、ヨウ素イオン（Iodide）やヨウ素空孔（Iodine Vacancies）などの欠陥が光照射やバイアス条件下で自己加速的な化学反応を引き起こし、ペロブスカイト材料の迅速な劣化を引き起こします。したがって、ヨウ素関連の欠陥を捕捉し安定化する方法の探索は、PSCsの安定性を向上させるため...

小規模磁振動定位新方法の詳細およびそのロボット技術への応用 研究背景と動機 微小ロボットは特に低侵襲手術、ターゲット薬物送達、および体内センサーリングなど、医学分野において大きな可能性を示しています。最近では、無線駆動によるナノからミリメートルスケールのロボットを生物環境内で駆動・操作することに大きな進展がありました。しかし、これらの微小ロボットのリアルタイム位置特定、特に深層生体組織内での位置特定は依然として解決されるべき課題です。従来の医療画像技術（MRI、CT、PET）は空間分解能に優れていますが、更新頻度が低いか放射線の問題があるため、移動ロボットの継続的追跡には適していません。また、既存の静的な磁気定位方法は、一部の場面では五自由度（DOF）までの定位が可能ですが、磁気軸の回転対称...

バイオインスパイヤー人工触角法に基づく臨床胃腸疾患スクリーニング 研究背景 胃腸疾患は、下痢、胃腸道出血、吸収不良、栄養不良、さらには神経機能障害など、世界中で広範で複雑な症状を示しています。これらの疾患はその顕著な地域、年齢、および性別の差異のため、現代社会にとって重大な健康課題および社会経済的負担を構成しており、特に胃腸道がんは、世界のがん発病率および死亡率の3分の1を占めています。早期に胃腸疾患をスクリーニングし、タイムリーな介入を行うことは、死亡率を減少させ寿命を延ばす上で重要な意義を持ちます。 従来の胃腸疾患スクリーニング方法は主に内視鏡検査に依存しており、カメラを搭載した柔軟な内視鏡を使用して天然開口部から胃腸道を検査しています。しかし、内視鏡検査は病院で広く使用されているものの...

自己注意メカニズムに基づいたリスク感受性ロボット制御の探討 研究背景 ロボット制御における運動学と動力学は、任務を正確に遂行するための重要な要素です。ほとんどのロボット制御スキームは、多様なモデルに依存して任務の最適化、スケジューリング、および優先順位制御を実現しています。しかし、伝統的なモデルの動的特性の計算は通常複雑であり、誤差が発生しやすいという問題があります。この問題を解決するために、機械学習や強化学習技術を使用してモデルを自動取得することが可能な代替案として現れました。しかし、実際のロボットシステムに直接適用する際には、急激な運動変化や望ましくない行動出力のリスクが存在します。 研究の出所 本論文はソウル国立大学およびローザンヌ連邦工科大学からのDongwook Kim、Sudon...

非熱音声子動力学と励起子凝縮状態の表面敏感電子回折探測 背景紹介 励起子と音声子の相互作用は、光励起材料中のエネルギーの流れを決定し、関連する相の出現をコントロールします。材料科学の進展とともに、三次元構造動力学を探る電子またはX線パルス技術は、電子－音声子相互作用の強度、強結合モードの減衰チャンネル、および三次元秩序の進化を明らかにできます。しかし、二次元材料と機能的異質構造の固有の異方性と遠方平面音声子の偏光へのアクセスの要求は、新しい技術への需要を駆り立てました。 研究源 本論文は、Felix Kurtz、Tim N. Dauwe、Sergey V. Yalunin、Gero Storeck、Jan Gerrit Horstmann、Hannes Böckmann、およびClaus R...

研究背景 救援任務において、捜索救助の効率を向上させる新しい解決策として、電子バックパックと昆虫を組み合わせたサイボーグ昆虫（cyborg insects）の利用が注目されています。これらの昆虫は、生物と電子技術の長所を結合し、通信、感知、制御のための追加電子バックパックが装着されています。しかし、追加装置は昆虫のバランスに影響を与え、特に自らを直立させる（self-righting）動作に影響します。昆虫が任務中に落下や事故に遭遇した場合、元の機械装置が原因で転倒し自由に動けなくなる可能性があります。この課題に対処するため、本研究では、ナナホシテントウの自らを直立させる動作を模倣したバイオニック3Dプリント人工肢を導入し、サイボーグ昆虫の複雑かつ予測不可能な条件下での柔軟性を向上させること...