微眼動が高視覚鋭度の能動的感覚メカニズムとして機能する 学術背景 人間の視覚感知は複雑なプロセスであり、特に目を安定させようとすると、眼球は自覚せずに微小な動きを生じます。これを微眼動（Fixational Eye Movements, FEM）と呼びます。これらの微眼動には通常、ドリフト（drift）とマイクロサッケード（microsaccades）の2つのタイプがあります。過去の研究では、微眼動により網膜上の画像が揺れることを示していますが、人間の視覚システムはそれでも微眼動の振幅よりも細かい詳細を感知することができます。この現象は科学界で広い関心を集めています：なぜ微眼動が視覚鋭度を損なうだけでなく、むしろその影響が積極的であるのか？ この問いに答えるために、研究者たちは理論と実験を組...

細胞シグナル応答と輸送の空間モデリングアルゴリズム研究 背景紹介 生物細胞は、複雑な生化学反応ネットワークを通じてその機能を実現しています。これらの反応ネットワークは顕著な時空間的動態を持ち、細胞の異なる領域やサブセル構造において顕著な空間的分断（spatial compartmentalization）が存在します。しかし、従来の細胞シグナル伝達モデルでは、細胞を均一に混合された系として扱い、反応や輸送プロセスにおける空間効果を無視することが多いです。この簡略化は特定の場合には有効ですが、多くの実際のシナリオではモデルの予測能力を低下させます。例えば、シグナル分子の拡散速度が遅い、細胞内環境が混雑している、細胞構造の複雑さなどが空間効果の顕著な影響をもたらします。そのため、細胞シグナル伝達...

微小なスケールで血栓溶解動態を探る画期的研究 研究の背景と課題 静脈血栓塞栓症（Venous Thromboembolism, VTE）は、人体の健康を深刻に脅かす疾患であり、米国だけでも年間約50万人の死亡原因となっています。VTEの発生は、静脈内血栓の形成とその溶解困難（低線溶、hypo-fibrinolysis）に密接に関連しています。しかし、これまでの血栓研究は主に血栓の形成メカニズムである「高凝固状態」（hypercoagulability）に焦点が当てられ、低線溶の問題についての研究は相対的に不足していました。現在のVTEの治療法は主に抗凝固薬の使用に依存していますが、これらの薬剤は血栓の形成と拡大を抑制するのみで、血栓の溶解を効果的に促進するものではありません。あるいは、外因性...

動揺病のバイオマーカーとバイオセンサーの探究：診断の難題を解決するための革新的方向性 動揺病（Motion Sickness、MS）は、人間が一般的に経験する症候群で、交通機関や仮想現実（Virtual Reality、VR）による非自然な動きが引き金となる場合が多いです。その特徴には頭痛、吐き気、嘔吐、冷や汗、顔面蒼白などがあり、重篤な場合には脱水や電解質異常、さらには身体的および心理的な悪影響を引き起こすこともあります。しかし、信頼できる客観的な指標やリアルタイムの検出方法の欠如が原因で、動揺病の正確な診断は医療分野における難題となっています。これまでの研究で、いくつかの生理学的および生化学的な指標が動揺病の発生と関連している可能性が示されていますが、体系的な研究レビューや統一的な技術的...

脳インスパイア型低エネルギー生成モデル——Spiking Diffusion Models研究評述 背景概説 近年、人工知能分野で多くの先端技術が登場しており、その中でも深層生成モデル（Deep Generative Models, DGMs）は画像やテキストなどのデータ生成において顕著な能力を示しています。しかし、これらの生成モデルは人工ニューラルネットワーク（Artificial Neural Networks, ANNs）を骨格ネットワークとして依存しており、計算リソースとメモリ消費に高度に依存する特性が大規模応用における消費エネルギー問題を顕著化させています。一方で、約20ワットの消費電力で動作する人間の脳と比較して、ANNsのエネルギー効率は明らかに及びません。この点がより高エネル...

血漿循環ヌクレオソームおよびがん遺伝子タンパク質の単分子検出システムを用いたびまん性中線神経膠腫の診断およびモニタリングの応用 研究の背景および問題の概要 びまん性中線神経膠腫（Diffuse Midline Glioma、DMG）は、極めて侵襲的で致命率の高い脳腫瘍であり、主に小児に発生します。この種の腫瘍は、視床、橋、小脳、脊髄など、中線構造に位置する部分で発生することが多いです。その特殊な位置のため、侵襲的な生検手術のリスクが高く、診断とモニタリングの多くは磁気共鳴画像法（Magnetic Resonance Imaging、MRI）などの画像診断手段に依存しています。しかし、従来の画像診断では、治療の指針を十分に提供したり、病状の進行を正確に判断したりすることが困難です。例えば、MR...

背景紹介 白内障手術や水晶体交換手術の普及に伴い、人工水晶体（intraocular lens, IOL）の光学性能は術後患者の視覚品質において重要性を増しています。臨床的な視覚性能（視力や焦点範囲など）の予測は眼科分野における重要な研究テーマとなっており、特に異なる設計のIOLを議論する際には、その光学性能が瞳孔サイズの変化によって異なる可能性が注目されています。しかし、現在の既存の予測モデルは固定された瞳孔サイズを前提としており、実際の臨床応用におけるこの重要な変数を無視しています。 近年、標準化されたプロセス（例: ANSI Z80.35-2018およびISO 11979-7:2024）が単眼デフォーカス曲線（monocular defocus curve）を導入し、IOL（例: 延長...

赤血球沈降および外部磁場の影響に関する三次元モニタリング研究：科学の新たな視点 背景および研究目的 現代社会において電子機器の普及に伴い、人々の生活環境はますます多くの外部磁場（Magnetic Fields, MFs）の影響を受けるようになっています。しかし、これらの磁場が生体、特に血液中の赤血球（Red Blood Cells, RBCs）の挙動に与える潜在的な影響について、科学界ではまだ包括的な理解が確立されていません。赤血球は酸素の運搬に不可欠であり、その形状とサイズは最も狭い血管を容易に通過して、体内の組織や臓器に効率的に酸素を供給することを可能にしています。身体の炎症や他の病態を評価する指標として、赤血球沈降率（Erythrocyte Sedimentation Rate, ES...

術中偏光イメージングを利用した末梢神経の識別支援：最前線の研究 末梢神経は人体の感覚と制御ネットワークにおいて極めて重要な役割を果たしており、その完全性と正常な機能は私たちの生活の質にとって不可欠です。しかしながら、手術中の偶発的な末梢神経損傷は少なくなく、これに起因する機能障害や痛み、不良な手術予後のリスクが存在します。解剖学的に複雑な部位（例: 手部、手首、首）では、末梢神経と他の組織が密接に分布しており、手術中に神経を他の組織と明確に区別することが難しいため、神経損傷のリスクが高まります。現在のところ、外科医は主に術前の画像診断技術（MRIや超音波など）および個人の臨床経験に頼り、術中の末梢神経損傷を回避しています。しかし、これらの手法は小さな神経の識別に限界があり、術前画像もまた静的...

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...