fNIRSを基にした触覚フィードバックが脳卒中患者の手部リハビリにおける神経機能の研究 学術背景 脳卒中は一般的な神経系疾患であり、これが引き起こす機能障害は患者の日常生活や生活の質に深い影響を与えます。なかでも、手部の機能障害は特に顕著であり、筋力の低下や指の動作制御が著しく制限されます。これらの問題は、患者が基本的な生活技能を遂行する能力を制限するだけでなく、社会参加を大幅に減少させ、全体的な生活の質を低下させます。従来の運動機能リハビリ訓練は、運動機能の改善に一定の効果をもたらすものの、リハビリ後も半数以上の脳卒中患者は依然として手部運動障害を抱えています。 近年、触覚フィードバック（Tactile Feedback, TF）を組み込んだ運動リハビリ法が有望な介入手段として注目されてい...
光学革命の新たな扉：光学相関断層撮影とラマン分光技術を融合した多モダリティ網膜イメージングシステムの開発 研究の背景と意義 網膜組織の分子情報へのアクセスは、眼科および神経変性疾患の早期診断を可能にする重要な鍵の一つとなっています。しかし、現在の網膜イメージングのゴールドスタンダードである光学相関断層撮影（Optical Coherence Tomography, OCT）およびその機能拡張技術である光学相関断層血管撮影（OCTA）では、網膜の構造および血流灌流情報しか提供できません。これらの技術は糖尿病性網膜症やアルツハイマー病、多発性硬化症といった中枢神経系疾患に関連する網膜や血管の変化の診断に顕著な価値を持ちますが、疾患の起源に対する特異性が不足しています。これは、それらの構造および血...
軟組織の弾性非接触表征における光ファイバSagnac干渉計の可能性を探る 背景紹介 軟組織の機械特性は、現代医学や生物医学研究において重要な意義を持っています。軟組織の機械特性について深い理解を得ることは、その構造的完全性や潜在的な病理学的状態を評価する助けとなります。しかし、従来の組織機械特性の評価技術は、多くの場合、組織への直接接触を必要とし、これは患者に不快感を引き起こす可能性があります。特に眼科などの敏感な分野では問題が顕著です。加えて、直接接触は組織の汚染や検査結果に影響を与えるアーティファクトを引き起こす可能性があり、検査精度に悪影響を及ぼすことがあります。このため、軟組織機械特性の非接触測定法を開発することが課題となっています。 近年、光学技術に基づく非接触技術であるフーリエ領...
ビデオベースの心拍数および呼吸数推定の新しい手法 背景と研究動機 心拍数（Heart Rate, HR）と呼吸数（Respiratory Rate, RR）は、心肺機能を反映する重要な生理学的指標であり、医学、健康モニタリング、心理学や行動研究などで広く利用されています。従来、これらの指標は接触型センサーで測定されてきました。たとえば、心拍数は心電図（Electrocardiography, ECG）や光電容積脈波記録法（Photoplethysmography, PPG）、呼吸数は呼吸ベルトや気流測定装置を用いて評価されます。しかし、接触型手法は、装着時の快適性や皮膚刺激の懸念を含む制約があり、特に遠隔モニタリングのような特定のシナリオでは適用が困難です。 近年、非接触型のビデオベース生理...
自動化ロボット頭蓋骨穿孔手術システム研究レポート 背景紹介 脳は複雑な生命活動の中核器官であり、すべての心理や意識過程を掌握し、生命活動のあらゆる面を担っています。21世紀に入り、神経科学は最も成長し、研究進展が著しい分野の一つとなりました。動物モデルは脳と神経機能の研究において重要な役割を果たしてきました。しかし、従来広く使用されている医学的画像診断技術、たとえば、コンピュータ断層撮影（CT）、磁気共鳴画像診断（MRI）、および機能的近赤外分光（fNIRS）は、脳組織の構造と機能を観察する能力を持つ一方で、神経細胞ひとつひとつの活動を高解像度でキャプチャするにはまだ限界があります。そのため、光学顕微技術として、二光子顕微鏡（two-photon microscopy）、共焦点顕微鏡（con...
次世代の低コスト光コヒーレンストモグラフィー（OCT）システムの開発：視網膜イメージングの臨床応用を強化 学術的背景 光コヒーレンストモグラフィー（Optical Coherence Tomography, OCT）は、非侵襲的で高解像度の画像取得技術であり、特に視網膜疾患の診断において広く利用されています。しかしながら、商業用OCTシステムは非常に高価（4万ドルから15万ドル）であるため、資源が限られた地域ではその利用が制限されています。OCT技術の利用可能性を拡大するため、研究者たちは低コストOCTシステムの開発に取り組み、臨床現場（Point-of-Care）において高品質の視網膜イメージングを可能にすることを目指しています。本稿では、ハードウェア設計と画像処理アルゴリズムを改良するこ...
覚醒状態の固定されたマウス脳における神経形態動態の超解像イメージングの新展開：動的観測の実現 背景説明 神経科学研究の分野において、神経細胞の形態変化およびその機能的動態は、脳の情報処理やネットワーク可塑性を理解する鍵となる課題です。しかし、樹状突起スパイン（dendritic spines）、軸索終末（axonal boutons）、およびそれらを結ぶシナプス構造が動物の学習や行動適応に重要な役割を果たしているものの、これらの構造を生体内で動的に観察するのは依然として大きな挑戦となっています。従来の顕微鏡イメージング手法は解像度および撮影速度に制限があるため、神経細胞の微細構造に関する多くの研究が固定された組織や培養細胞のレベルにとどまっており、可塑的変化が自然な行動や生理状態とどのように...
生物医学画像解析の未来を解読：多モダリティの統合分割、検出、認識の基盤モデル 背景紹介 生物医学研究において、画像解析は、生物医学発見を推進する重要なツールとなっており、細胞小器官から器官レベルに至るまでの多スケール研究を可能にしています。しかし、従来の生物医学画像解析手法は、分割（segmentation）、検出（detection）および認識（recognition）を独立したタスクとして個別に処理することが主流でした。この分断的なアプローチは、タスク間の情報共有の機会を削減し、複雑かつ多様な生物医学画像データの取り扱いを困難にしています。 例えば、従来の分割手法は対象物の領域を指定するために手動の境界ボックス（bounding box）に依存することが一般的ですが、形状が不規則または対...
電気インピーダンス分光法を用いたブドウ膜黒色腫の早期検出 学術的背景 ブドウ膜黒色腫（Uveal Melanoma, UM）は、成人において最も一般的な原発性眼内悪性腫瘍であり、高い侵襲性を持ち、視力喪失や生命の危険をもたらす可能性があります。早期発見と適切な治療は、視力の保護と死亡率の低下に極めて重要です。しかし、多くのUM患者は腫瘍が大きくなるまで明らかな症状を示さないため、早期診断が非常に困難です。現在の診断方法（眼底検査や超音波画像など）は有効ですが、専門的な設備と技術を必要とし、大規模なスクリーニングには適していません。そのため、簡便で非侵襲的な早期検出方法の開発が重要です。 電気インピーダンス分光法（Electrical Impedance Spectroscopy, EIS）は...
プロトン磁気共鳴分光法（1H-MRS）の胎児および新生児脳研究への応用 背景紹介 胎児および新生児の脳は、発達過程において急速な生化学的および構造的変化を経験します。これらの変化は、正常な発達と神経系疾患の発生メカニズムを理解する上で極めて重要です。しかし、胎児および新生児の脳は体積が小さく、動きが頻繁で、生理的不安定性が高いため、従来の画像技術ではこれらの変化を正確に捉えることが困難です。プロトン磁気共鳴分光法（1H-MRS）は、非侵襲的な画像技術として、脳内の代謝物濃度を検出することができ、胎児および新生児の脳発達を研究する新たな可能性を提供します。 本稿では、1H-MRSの胎児および新生児脳研究への応用、特に健康状態および高リスク条件下での役割について探求します。2000年から2023...