都医学研など、脊髄損傷をバイパスし麻痺した手の力の調節機能の回復に成功

東京都医学総合研究所(都医学研)と新潟大学(新大)の両者は3月7日、大脳皮質-脊髄間をつなぐ神経経路である皮質脊髄路の役割を持つ「皮質脊髄路インタフェース」を開発し、それを用いることで脊髄損傷モデルサルの麻痺した手の力の調整能力を再獲得させることに成功したと共同で発表した。

同成果は、都医学研脳機能再建プロジェクトの尾原圭氏(新大大学院医歯学総合研究科大学院生兼任)、同・西村幸男プロジェクトリーダー(新大大学院医歯学総合研究科客員教授兼任)らの共同研究チームによるもの。詳細は、脳や神経科学など全般を扱う学術誌「Frontiers in Neuroscience」に掲載された。

ヒトは日常生活の中でさまざまな物体を持つ時に、その重さや柔らかさに見合った力の調節を行っている。その調節を行うのが皮質脊髄路であり、具体的には大脳皮質の一次運動野に位置し、脊髄との神経結合がある「皮質脊髄路ニューロン」のことだ。

しかし、脊髄損傷などによって皮質脊髄路が切断されると、大脳皮質からの信号が脊髄や筋に伝わらなくなり、力の生成と調節を行う能力が失われてしまう。とはいえ、大脳皮質および脊髄と筋は機能を失ったわけではないので、損傷部をバイパスして再結合させることができれば、失われた運動機能を回復できる可能性がある。

先行研究では、あらかじめ決められた強度と周波数で脊髄を電気刺激すると、筋を支配している脊髄内の神経細胞を活性化でき、筋活動が誘発できることが報告されていた。しかし、このようなあらかじめ決められた刺激の強度と周波数での電気刺激法では、力を出すタイミングや大きさを自分の意志で調節することができないという。よって、脊髄損傷などによる運動麻痺から力の調節能力を回復させるためには、電気刺激のタイミングや強さを自分の意志で調節するための仕組みが必要だった。

そこで研究チームは今回、皮質脊髄路の機能を持ったコンピュータによる皮質脊髄路インタフェースを開発。同装置は、大脳皮質の神経細胞の活動程度(発火率)を、リアルタイムで脊髄への電気刺激の刺激強度と刺激周波数に変換することができるという。今回の研究では、麻痺した手の力の調節能力に対する同装置の有効性を、脊髄損傷モデルサルを用いて検証したという。