R & D産学連携受託研究開発

産学官連携 認知症早期発見測定器

脳のニューロン活動をご覧下さい。

 以下の動画をご覧戴くと、脳は常に活動していしていることが容易に理解出来ます。この動きが止まる事は、死を意味します。このように、脳は、動き続けていますので、その時の(瞬間)DATAを基に認知症であるか否かの判断は、誤診断に繋がる可能性が非常に高いと言える事がご理解出来ると思います。そのため認知症を判断するには、繰り返し測定が可能な体温計や血圧計のような生体に無害な計測器が必要です。MR装置やCTスキャーン等の弊害を伴う被爆あるいは透影剤を使用せぬ、もっと安全(人に無害な機器)安心な生体計測機器が待ち望まれています。

脳機能活性度測定システム

 ここで紹介いたします「脳機能活性度測定システム」は、東京工業大学名誉教授武者利光先生により開発されました。生体表皮から発せられる生体信号を収集するだけで、生体に対し外部から一切の刺激、電気、薬品等の使用を必要としない安全安心生体計測器です。このため、本器「脳機能活性度測定システム」は、定期健診測定器として、ご使用戴けます。

 認知症は早期に発見しリハビリを継続実施することで、認知症の進行をくいとめ老後の健全な生活を過ごす事が可能になっています。早期発見には、繰り返し測定が可能な機器があれば予防する事が可能になります。弊社が推奨します脳機能活性度測定システムは、多電極キャップを頭に被るだけで測定が可能です。測定に要する時間は10分間程度です。測定後のデータは、脳波計を経て端末器を使用しインター ネットで管理サーバーに転送され、さらに脳機能解析センターで処理された後、送信後約5分間程度でユーザーの端末器にDATAが送り届けられるシステムです。

 【予防と定期検診】

 病気の予防には、定期的に検査あるいは常時検査が可能な機器があれば、発症状況を確実に捉える事が出来、治療を施し病から体を守る事が可能に成り予防医学が成り立つわけです。現状に於ける認知症の検査方法は、問診方法とX線、投影剤等を用いる検査方法が採用されています。前者は、客観的裏付に乏しく又診察に当たる医師の個人差も生じ認知症患者は捉える事が出来るが、初期認知症、認知症予備軍に対しては正しい判定は下せない状況下にある。又後者は、被爆、薬害等の弊害が伴うため、体温計や血圧計、聴診器等と異なり定期又は常時検査が行えず認知症進行状況及びリハビリ効果等の追試検査が行えない状況に有ります。

【認知症初期と認知症予備軍の判定】

 人の脳は絶えず活動を続けています。脳の活動(電位)が止まると死を意味しますが、脳の劣化を表す信号は非常に微妙で、益して認知症初期及び認知症予備軍の判定は健康体の人と比較した場合に1回の検査では世界中のどの様な脳検査器をもってしても、判定確率50%程度の確率が従来の判定レベルでした。ところがこの度実施致しました国立精神神経センター武蔵病院で脳機能活性度測定システムを用い同一人物に対し連続して繰り返し検査6回を行った結果、左図に見られる様に1回目の検査では準正常域(認知症初期及び認知症予備軍)に達していたが繰り返し計測が可能な脳機能活性度測定システムにより誤判定を下す事無く正常と判定する事が可能になった。脳が常に活動しゆらいでいる故に1枚の映像では、判定できない理由である。

 【初期認知症・認知症予備軍を制する自治体は明るく豊かな町となる】

 脳機能活性度測定システムは、レントゲン・CT等の医療器と異なり計測に際し外部からX線、造影剤に見られる様な人体に対し副作用の伴わぬ、聴診器、体温計、血圧計同様、何度でも繰り返し使用可能な認知症予防計測器です。認知症初期の早期発見は、医療薬、リハビリ技術が進み、発見時の病状で進行を止める事が可能になり、ご本人家族が介護負担も無い健全な老後生活を過ごす事ができます。この結果現在各自治体が抱える高齢者医療費負担を大きく削減できるようになります。

【多電極キャップシステムとパソコンで初期認知症を捉え明るく豊かな町づくり】

 脳機能活性度測定システムによる予防医療を目指すことは、高齢者の認知症回避、家族の負担軽減又、自治体の高齢者医療費負担軽減となります。そこで全国自治体に対し脳機能活性度定期測定の導入普及活動を行なっています。普及に当たりましては、地域医療機関(脳神経医を含む)及び,住民の理解を得る必要が有ります。YHTCでは各自治体に於いて会場を用意して頂ければ、セミナー、講演等からの立ち上げ作業、導入までのご相談をお受けしています。認知症を制する自治体は、本人はもとより、周辺家族の負担は軽減され、更に自治体の医療費負担も、軽減される事に成ります。各自治体に於かれてはこの機に是非ご検討下さる様お願い致します。又質問等ご遠慮なくご相談下さい。

脳機能活性度測定システムブロック図

見積書・ご注文・問い合わせは、以下をご利用下さい。

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認知症を脳波から推定するDIMENSION 【脳年齢測定器】          東京工業大学名誉教授 武者利光

【ニューロン活動と脳波】

 脳内のニューロン(神経細胞)が活動すると、細胞膜を通して電流が細胞内に一瞬流れ込むが、そのときにニューロンから流れ出た電流は脳組織内を流れて再びニューロンに流れ込む。このようなループ状の電流を発生する電流源を電流「双極子(ダイポール)」と呼んでいる。ダイポールというのは、「電流が流れ出る点(pole)と流れ込む点(pole)が近接して対になっている電源(dipole)」という意味である。このようなニューロン活動によって生じる電位を活動電位という。

 

  皮質内の多数のニューロンが活動をしてこのような電流が発生すると、それらの電流は合流して皮質の表面に垂直に流れ出す電流となり、頭蓋骨を貫いて頭皮に達し、それからループを描いて再び皮質に戻る。その結果として頭皮上に微弱な電位分布が発生する。これを頭皮上の1 点で記録したものが脳波(Electroencephalogram 略してEEG)である。したがって脳波にはニューロン活動の情報が豊富に含まれている。

 

  ニューロンの活動状態から脳波の時間的場所的な値を求める過程を「順方向に問題を解く」という。つまり因果律に沿って問題を解く手法である。これに対して脳波の時間的場所的な観測値からニューロンの活動状態を推定する過程を「逆方向に問題を解く」という。順方向問題は必ず解けるが、逆方向問題は解けるとは限らない。原理的に解けない場合と、原理的には解けるはずであるが実際は難しい場合、とがある。

 

  ニューロン活動と脳波との関係は、原理的に逆問題が解けない場合に属している。しかし完全にではないが、ニューロン活動についての必要な情報だけを得るという発想で逆問題を解くことは可能である。ただ脳波を見ただけでは得られる情報は非常に限られている。ところが多数の電極を頭皮上に配置して電位を記録し、その場所的時間的な電位を数値的に解析すると、目には見えない貴重な情報が得られる。目に見えないものを可視化するところに「信号処理」の面白さがある。

 

等価双極子 

 「てんかん」の焦点のように局在した電源によって生じる脳波から焦点の位置を推定する逆問題は比較的簡単に解くことが出来る。この場合には焦点のニューロン活動を一つの双極子電源で置き換えて、その仮想的な電源が頭皮上に作る電位分布と観測された電位分布との二乗誤差が最小になるように、電源の位置と電流の大きさを決める。このような双極子を等価双極子という。このときの近似度を双極子度(Dipolarity)という。

測定電位の二乗平均

シナプス・ニューロン機能低下と脳波電位分布の歪脳の3次元モデルに基づいて計算機シミュレーションを行ってみると、ニューロンが皮質のかなり広い範囲にわたって活動している場合でも、その活動が一様であると、そのときのD 値はかなり1に近くなるが、皮質内のニューロン活動のムラが大きくなると、D の値は次第に1よりも小さくなる。つまりDの値は頭皮上電位分布の歪に敏感に反応し、アルツハイマー症の早期に現れるニューロン活動のモザイク的な機能低下とともに減少することが、国立精神神経センター武蔵病院の朝田隆氏(現在は筑波大学教授)、松田博史氏(現在は埼玉医大教授)らとの共同研究で明らかになった。図1はアルファ波の頭皮上電位分布を表す等電位図である。正常者では電位分布は滑らかであるが、中程度のアルツハイマー症患者では、この図にあるように、等電位線がかなり歪んでおり、Dの値が1よりも小さくなる。ところが、等電位の時間変化を見ると、あるときには正常に近くなったこと思うとまた急激に歪が大きくなるので、機能低下したニューロンの特徴は、Dの平均値Dαと、その平均値の周りのDの変動を表す標準偏差Dによって、特徴付けることができる。
 武蔵病院で得たデータによると、DαとDによって作られた脳機能活性度図グラフ(図2)では、データは扇形の領域内に分布しており、正常者は緑の「正常域」にあ(アルツハイマー症患者の10%もこの領域に含まれている)、アルツハイマー症患者は赤の「危険領域」にある(正常者の10%もこの領域に含まれている)。黄色の領域はその中間で、一回の測定では、どちらともいえないが、数ヶ月たってから再度脳波解析をした時に、危険領域に向かって移動していなければ正常とみなしてよい。このグラフの再現に関する不確定さは、Dα0.001 である。また、正常とアルツハイマー症を分ける大まかな分岐点はDα0.95 とみなしてよい。

 この方法を予防検診に用いるならば、
正常域:異常無、次回の検査は1 年後。
注意領域:次回の検診は3ヶ月後。
危険領域:リハビリ、投薬などの治療を受ける。などと示すのも1つのやり方であろう。

 

【リハビリ効果のモニター】
 認知症を早期発見したときの対策として、いろいろな療法が試みられている。その一つとしての臨床芸術療法の効果をDIMENSION により木村クリニックの木村伸医師と芸術造形研究所の金子健二氏らのグループが詳しく調べている。この療法は被験者に特殊なプログラムによる臨床美術活動を毎週1 回2 時間行なわせ、3~6 ケ月で有効な効果を得ている。そこで、2 時間の臨床美術作業の前後でDIMENSION 解析を行った結果を図3 に示す。図中の○印はDSM-Ⅲ-R によって認知症と診断された5 名(男4 名、女1 名、年齢67~88、MMSE 平均15.6(5~25))の被験者で、2 時間の療法の前後で行われた脳波記録から得られたDIMENSION状態の変化を矢印で示してある。①→②と③→④、および⑤→⑥と⑦→⑧はそれぞれ同じ被験者で、1 週間を隔て2 回療法を受けたときの結果である。つまり、1 週間の休止期間で、②→③および⑥→⑦という劣化が生じている。またA→B とC→D の2 回の測定は2 週間の療法休止期間を置いて行われたものである。2 週間の休止期間を置いた場合にはA→D で改善が見られていない。

● 印は上記の診断で正常とされた10 名の被験者に対する結果であるが、この内の4名はすでに「危険域」に入っていた。これらの被験者が2 時間の療法を受けたときの変化が矢印で示されている。この結果から判断すると、このような療法を行う間隔が開くと効果消失しやすい傾向が視覚的によく分かる。このほかにも、音楽療法などいろいろの療法があるが、それぞれの被験者に対してどのリハビリが最適であるかをDIMENSION を用いて決めることも出来よう。


まとめ
  DIMENSION を利用するには21ンネルまたは19チャンネルのデジタル脳波計とノート・パソコンがあればよい。収録した脳波データをインターネット回線経由で解析センターに送られ、脳機能活性度グラフ上に過去の記録とともに最新の結果をプロットした画像がダウンロードされる。DIMENSION は、脳内シナプス・ニューロン機能劣化による脳皮質内の電気的活動の場所的な不均一性を定量化する方法として、低コスト、非侵襲性(放射線による被曝がない)、高感度、高信頼度、簡単操作という特徴を持っている。今回は国立精神神経センター武蔵病院におけるアルツハイマー患者についてその有用性に関してこれまでに得られた結果について述べた。また妥当性の検討については、武蔵病院との共同研究におけるSPECT 解析結果から、D αの減少と正の相関をもって脳血流の低下する部位が両側頭葉と後部帯状回付近であることが確認され、初期の
ADの特徴と一致するという結果が得られている。DIMENSION は投薬・リハビリの効果追跡にも用いることができる。この方法では現在のところ病名の特定は出来ないが、この研究開発の延長として脳皮質のどの場所でシナプス・ニューロン機能劣化が生じているかの情報が得られつつある。その詳細については別の機会にゆずるが、DIMENSION が認知症の早期発見に寄与することができれば幸いである。      詳細記事

 

参考文献
■等価双極子に関する逆問題の詳細は、
T. Musha and Y. Okamoto, “Forward and InverseProblems of EEG Dipole
Localization,” Critical Review in Biomedical Engineering, 27(3-5):189-239(1999).
■計算機シミュレーションの結果については、
J. Hara, T. Musha and W. R. Shankle, Approximating dipoles from human EEG
activity: the effect of dipole source configuration on dipolarity using single dipole
models, IEEE Trans. Biomed. Eng., 46, 2, 125-129, 1999.
J. Hara, W. R. Shankle and T. Musha, Cortical Atrophy in Alzheimer's Disease
Unmasks Electrically Silent Sulci and Lowers EEG Dipolarity, IEEE Trans.
Biomed. Eng., vol.46, no.8, 905-910, 1999.
■DIMENSIONの基礎実験については
T.Musha, T.Asada, F.Yamashita, T.Kinoshita, H.Matsuda, M.Uno, Z.Chen and
W.R.Shankle, "A new EEG method for estimating cortical neuronal impairment
that is sensitive to early stageAlzheimer’s disease" Clinical Neurophysiology, 113
(2002) 1052-1058.
■臨床美術の効果測定については
東北福祉大学感性福祉研究所年報vol.4-1
Toshimitsu Musha, Shin Kimura, Ken-Ichi Kaneko, Kiyoko Nishida, and Kazuo
Sekine, “Emotion Spectrum Analysis Method (ESAM) for Monitoring the Effects
of Art Therapy Applied on Demen

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