視覚皮層ニューロンによる刺激-反応マッピングの堅牢な符号化 学術的背景 神経科学の分野では、視覚皮層（visual cortex）は視覚情報処理の中核領域と考えられています。従来の見解では、視覚皮層のニューロンは主に知覚に関連する情報を符号化し、例えば刺激の位置、形状、色などを処理します。しかし、最近の研究では、視覚皮層の活動が行動因子によって調整されていることが示されており、たとえば注意、報酬期待、ワーキングメモリなどが挙げられます。これらの調整は通常、特定の感覚情報を選択して行動目標を達成するために関与すると考えられてきました。しかし、視覚皮層が刺激-反応マッピングルール（stimulus-response mapping）などのより抽象的な行動変数を符号化しているかどうかについては議論...

世界的高齢化問題が深刻化する中、神経変性疾患（例：アルツハイマー病、Alzheimer’s Disease, AD）の発症率は年々増加しています。脳老化（Brain Aging, BA）は神経変性疾患の重要なリスク要因の一つですが、生理学的年齢（Chronological Age, CA）とは完全には一致しません。従来の脳老化評価法は主にDNAメチル化時計に依存していましたが、この方法では血液中の細胞と脳細胞を分離する血液脳関門（Blood-Brain Barrier）の存在により、脳組織の老化状況を直接反映することはできません。したがって、非侵襲的な手段で脳老化速度（Pace of Brain Aging, P）を正確に評価する方法の確立が重要な研究課題となっています。 本研究は、深層学習...

虚血性脳卒中後のマクロファージにおけるアルギナーゼ-1の有害な影響 学術的背景 虚血性脳卒中（ischemic stroke）は、世界的に見ても長期的な障害の主な原因の一つです。アルギナーゼ-1（arginase-1, Arg1）は一般的に抗炎症反応や組織修復と関連していますが、その脳卒中後の回復における具体的な役割はまだ明らかではありません。Arg1は主にマクロファージにおいて発現し、特に炎症環境下では、L-アルギニン代謝を調節することによって炎症微小環境に影響を与えると考えられています。しかし、Arg1が脳卒中後に果たす機能的影響についてはまだ十分に研究されていません。本研究は、Arg1が脳卒中後の回復にどのように影響するか、特に浸潤マクロファージでの発現が炎症微小環境や機能回復にどのよ...

Notch、ERK、およびSHHシグナル伝達経路が皮質グリア細胞と嗅球介在ニューロンの運命決定に果たす役割 学術的背景 皮質発生の過程では、神経発生（neurogenesis）とグリア発生（gliogenesis）は密接に関連する2つの段階です。神経発生は主にニューロンを生成し、一方でグリア発生はアストロサイト（astrocytes）やオリゴデンドロサイト（oligodendrocytes）といったグリア細胞を生成します。ヒトの大脳皮質において、グリア細胞の数はニューロンの3倍に達し、グリア細胞が脳機能において重要な役割を果たしていることを示しています。しかし、神経発生からグリア発生への移行メカニズムや、グリア細胞の運命決定を制御するメカニズムについてはまだ完全には解明されていません。これま...

PTDP-43レベルとC9orf72 ALS/FTD患者の前頭前皮質における細胞特異的分子変化との相関 背景紹介 筋萎縮性側索硬化症（Amyotrophic Lateral Sclerosis, ALS）と前頭側頭型認知症（Frontotemporal Dementia, FTD）は、中枢神経系（CNS）における特定の神経細胞集団の喪失を特徴とする進行性神経変性疾患です。これらの疾患は症状が異なるものの、特にC9orf72遺伝子のG4C2六ヌクレオチド反復拡大変異という共通の遺伝的および神経病理学的特徴を持ち、これがALSとFTDの最も一般的な遺伝的原因と考えられています。 ALSは主に運動ニューロンの変性により筋力低下や呼吸不全を引き起こしますが、FTDは前頭葉と側頭葉皮質の変性によって認...

スマートフォンビデオキャプチャ技術を用いた脳卒中患者の骨盤と下肢の協調性分析に関する研究 学術的背景 脳卒中（stroke）は、世界中で発症率、障害率、死亡率が最も高い疾患の一つであり、毎年1500万人の新規患者が発生しています。そのうち20％から30％の患者が片麻痺歩行（hemiplegic gait）に至り、これは脳卒中後の最も深刻な機能障害の一つです。片麻痺歩行は、患者の歩行能力に影響を与えるだけでなく、転倒リスクも増加させ、生活の質を著しく損ないます。従来の歩行分析では、通常、下肢の時空間パラメータ（spatiotemporal parameters）や関節運動学（joint kinematics）に焦点が当てられますが、これらの離散的なパラメータは、脳卒中患者の歩行異常のメカニズム...

オンライン表面筋電図信号分解の二重ソース検証に関する研究 学術的背景 表面筋電図（Surface Electromyogram, SEMG）は筋肉活動を表す重要な指標であり、運動リハビリテーション、ロボット制御、ヒューマンマシンインタフェースなどの分野で広く応用されています。しかし、SEMG信号は低SN比、高い類似性、波形の重なりが顕著なため、分解が困難です。近年、電子技術とセンシング技術の進歩により、高密度表面筋電図（High-Density SEMG, HD SEMG）の収集が可能となり、盲源分離技術（Blind Source Separation, BSS）として知られる手法、例えば畳み込みカーネル補償（Convolution Kernel Compensation, CKC）や漸進型...

仮想現実における存在感：神経生理学的マーカーの探求と検証 背景紹介 近年、仮想現実（Virtual Reality, VR）技術は医学、トレーニング、リハビリテーションなどの分野で広く応用されています。VRの中核となるのはユーザーの「存在感」（Sense of Presence）であり、これはユーザーが仮想環境に「実際にいる」と感じる体験です。しかし、現在のところ、存在感の評価は主にITC-SOPI（ITC-Sense of Presence Inventory）やSUS（Slater-Usoh-Steed）アンケートなどの主観的な質問紙に依存しています。これらの方法には主観的なバイアスがあり、ユーザーの無意識の反応を捉えることが難しいという欠点があります。そのため、神経生理学的信号に基づい...

聴覚注意デコーディングに基づく脳機械インターフェースの教師なし精度推定に関する研究 学術的背景 複雑な聴覚環境において、人間は特定の音源に選択的に注意を向け、他の干渉音を無視する能力を持っています。この現象は「カクテルパーティー効果」（cocktail party effect）と呼ばれています。選択的聴覚注意デコーディング（Selective Auditory Attention Decoding, AAD）技術は、脳波（Electroencephalography, EEG）などの脳信号を解析し、ユーザーが注目している音源を解読します。この技術は、神経指向型補聴器（neuro-steered hearing aids）や脳機械インターフェース（Brain-Computer Interfa...

学術的背景 パーキンソン病（Parkinson’s Disease, PD）は、65歳以上の人々に主に影響を与える第二に一般的な慢性神経変性疾患です。世界人口の高齢化が進むにつれて、パーキンソン病の有病率は2015年の約700万人から2040年には約1300万人に増加すると予測されています。現在、パーキンソン病の診断は主に臨床的な質問票や運動日記に依存しており、これらの方法は時間がかかり、大きな主観的な偏りがあります。近年、ウェアラブル技術と機械学習手法の組み合わせにより、研究者たちは運動症状を定量化することによってパーキンソン病の診断を支援する可能性を探り始めました。しかし、これらの技術の有効性は環境設定の影響を受けやすく、現実世界での広範な応用は困難です。したがって、本研究では短期間の運...