小脳-オリーブ体神経群の活動がマウスおよび患者の特発性振戦の周波数をエンコードする 研究の背景 特発性振戦（Essential Tremor, ET）は、動作振戦を主な特徴とする一般的な運動障害であり、高齢者の約20%に影響を与える。振戦の周波数と強度はETの核心的な特徴の一部である。しかし、現在振戦周波数をエンコードする神経メカニズムについては理解が不十分であり、そのため現行の治療方法が多くの患者において理想的な効果をもたらしていない。およそ半数の患者が現在の薬物治療に反応せず、深部脳刺激（DBS）などの外科手術は初期には効果的であるものの、治療耐性が生じることが多い。 近年の研究では、脳のシナプス剪定欠陥や登攀線維の過剰成長が小脳の振動とET振戦を増強することが示されている。しかし、振戦...
閉環光遺伝学神経制御による高忠実度抗疲労筋肉制御 背景紹介 骨格筋は動物や人間のほぼすべての運動を行う生物的な実行装置です。しかし、多くの神経系の条件において、中枢神経系と神経筋構成要素の間の通信経路が切断され、麻痺などの運動障害が生じます。神経義肢（NP）は、人工刺激により精密な命令を伝達することで失われた神経入力を代替し、筋肉の機能を回復させることができます。しかし、既存の機能的電気刺激（FES）は、その非生理的な筋肉ユニットの募集メカニズムにより正確な筋肉力の調節が難しく、迅速な疲労を示します。これが研究者をして、新しい刺激方法を探すよう促し、信頼性のある長時間の漸進的筋肉調節を提供する方法を模索しています。 近年、機能的光遺伝刺激（FOS）は光を用いて神経細胞を遺伝修飾する技術として...
同期記録で最大100万のニューロンの皮質ダイナミクスがニューロン数と次元性の無限スケーリングを明らかに 文章概要 この「同期記録で最大100万のニューロンの皮質ダイナミクスがニューロン数と次元性の無限スケーリングを明らかに」という科学報告は、「Neuron」誌（112巻、1694–1709ページ）に発表されました。著者はJason Manley、Sihao Lu、Kevin Barber、Jeffrey Demas、Hyewon Kim、David Meyer、Francisca Martínez Traub、そしてAlipasha Vaziriです。記事の発表日は2024年5月15日で、Rockefeller UniversityとThe Kavli Neural Systems Inst...
機能的超音波イメージングの人間の脊髄における応用 背景紹介 脊髄は神経系の中で重要な感知・運動の統合センターであり、全身の各部分の運動学と姿勢を監視しています。外傷や病気による脊髄情報の遮断は、一連の悪影響（反射活動の増加、慢性痛、運動や感覚機能の部分的または完全な喪失、排便/排尿機能障害など）を引き起こす可能性があります。脊髄の感知、運動および自律機能における重要性にもかかわらず、その機能構造に関する研究は依然として少ないです。現在、機能的な脳イメージング技術（fMRIおよび立体電極皮質電図など）は脳科学研究に広く使用されていますが、脊髄研究には限られています。1990年代末以降、機能的磁気共鳴イメージング（fMRI）が脊髄研究の分野に導入されて以来、少数の研究が脊髄の機能組織を明らかにし...
磁性粒子イメージングに基づく低侵襲イメージングとセンシング方法及び埋め込み式電子回路の応用 学術背景 現代医学において、低侵襲で生体適合性のある埋め込み式生体電子回路は、体内の生理過程を長期に亘って監視するために広く使用されています。しかし、これらのデバイスに関して、体内でのイメージングとセンサー情報を同時に取得する方法は依然として稀少で高コストです。磁性粒子イメージング（Magnetic Particle Imaging、MPI）は、そのゼロ背景信号、高コントラスト、高感度、定量的イメージング能力により、この問題を解決するための理想的な選択肢とされています。組織深度を増しても吸収されない磁信号と異なり、MPIは放射線量を伴わず、安全で効果的なイメージング手段を提供します。 論文の出典 この...
多核種SPECTイメージングの向上における電気共役光子検出技術の探究 放射性薬物療法（Radiopharmaceutical Therapy, RPT）は近年ますます関心を集めており、特に複数のトレーサーを同時に使用するSPECTイメージングにおいてその注目が高まっている。伝統的なイメージング方法では、異なるエネルギーのγ線の散乱と相互干渉により、イメージング品質が著しく低下する。それを解決するために、本論文の著者であるYifei JinとLing-Jian Mengは、電気共役光子検出（Coincidence Detection of Cascade Photons, CDCP）という手法を提案し、電気共役光子の検出に基づいて低活性治療性放射性核種イメージングにおける下散乱および相互干渉の...
背景紹介 一世紀前、Hevesyは最初に放射性トレーサーを植物の生物指標として利用することを提案し、その後ラットの実験で確認された。この発見は、核医学と分子イメージングの生物医学分野の発展を促進し、分子レベルでの生物過程の定量的可視化を可能にした。数あるイメージング技術の中で、単光子放出計算機断層撮影（SPECT）と陽電子放出断層撮影（PET）が特に重要であり、これらは標識化合物を使って生物機能と代謝を定量的に検出することができる。これらの技術が発展する過程で、X線計算機断層撮影（CT）や磁気共鳴画像（MRI）を組み合わせて解剖情報を得ることで、診断とデータ補正の正確性がさらに向上した。 しかし、現行のシステムには、画像再構成のプロセスで時間がかかり、ノイズが拡散するという大きな制約がある。...
物理知識に基づく深層学習を活用した低磁場MRI画像再構成 背景紹介： 最近、低磁場磁気共鳴画像法（MRI）の応用が注目されています。低磁場MRIはコストが低く、メンテナンスが簡単なため、さまざまな臨床および研究環境で広い応用可能性があると考えられています。たとえば、携帯型低磁場MRIスキャナは操作が容易で、緊急医療や手術室などの場面でも利用可能です。また、低磁場MRIは脳卒中の診断に有望である初期評価が示されており、この技術が全球的な医療診断においてより魅力的であることを示唆しています。しかし、低磁場MRIの主な課題は低信号対雑音比（SNR）と磁石設計、材料欠陥、および製造公差によるB0磁場の不均一性にあります。 この研究はDavid Schote、Lukas Winter、Christop...
人間の肩関節剛性の三次元姿勢特性と性別差異の研究 研究背景 肩関節は人間の構造の中で最も複雑な関節の一つであり、肩関節の安定性は肘や手首などの遠位関節の自然なコントロールと日常活動における手の細かい機能のために重要です。肩関節の安定性は、骨、靭帯、腱、筋肉の複雑な相互作用によって実現され、その中で剛性は外部の干渉に対して抵抗力を提供する特性です。近年の研究では、職業やスポーツにおいて女性の肩の傷害発生率が高いことが示されています。これにより、肩関節の剛性には性別差がある可能性が示唆されています。しかし、多次元空間、特に三次元（3D）空間での肩関節剛性およびその性別差異の研究は、まだ十分に行われていません。 論文出典 この研究はSeunghoon Hwang、Dongjune Chang、Ad...
超広帯域レーダ技術を利用した遠隔歩行分析 研究背景 歩行分析、すなわち人間の歩行運動の協調生体力学的パターンの研究は、生体力学研究の重要な内容であるだけでなく、豊富な健康状態情報を提供します。特に近年、家庭内での歩行分析ソリューションの新たな開発が注目されています。これにより、個人が快適な家庭環境で包括的な歩行評価を受けることができます。この進展は自身の歩行パフォーマンスを最適化したい健康な人々だけでなく、慢性的な筋骨格疾患（関節炎や背中の痛み）や取得性脳損傷（脳卒中や外傷性脳損傷）、および神経変性疾患（パーキンソン病やアルツハイマー病）を持つ患者にも恩恵をもたらします。 既存の歩行分析技術は主にウェアラブル型（直接型）と非ウェアラブル型（遠隔型）の二つに分けられます。ウェアラブルシステムは...