小児における感覚代替技術による視覚情報の回復とリハビリテーション

目的：

私たちの目的は、ブレインポートを使用している視覚障害者の機能改善が小児コホートでも実現できるかどうかを判断することです。

具体的な目的:

この提案の目的は、視覚障害者が周囲の環境を認識し、脳が情報を解釈する方法を決定できるようにする非外科的視覚補綴物 (BrainPort ビジョン デバイス) を評価することです。 私たちの主な目標は、ブレインポート使用後の光検出、光の位置特定、運動知覚、および標準化された物体認識タスクのいずれかの領域での被験者のベースラインに対する改善を測定することにより、このデバイスが小児集団で使用できるかどうかを判断することです。 。

第 2 の目的として、研究者らはマルチモーダル MR スキャン セッションを使用して、小児における感覚代替の神経生理学的基礎を研究する予定です。 この目的の下、調査員は 2 つの主な目的を追求します。 まず、研究者らは、感覚代替装置の使用の成功に構造および/または機能が関連する脳の領域を検出するために、行動データと画像データを相関させます。 第二に、研究者らはこれらのデータを以前に収集した成人データとともに利用して、失明による視覚野の可塑性に対する以前の視覚経験の影響をモデル化します。

バックグラウンド：

BrainPort 視覚装置は、目の見えない人のために設計された視覚補綴物です。 これにより、目の代わりに舌とカメラシステムを使用して視覚情報を認識できるようになります。 視覚情報はビデオカメラから収集され、舌の表面上の穏やかな電気刺激パターンに変換されます。 トレーニングにより、ユーザーは環境内のオブジェクトの形状、サイズ、位置、動きを認識します。 これは、視覚障害者の補助として開発された、機能的な非外科的装置です。

触覚システムは、通常は視覚的に取得される情報を脳に伝えることができることが証明されています。 点字と長い杖は、何十年にもわたって視覚障害者にそのような情報を提供してきました。1960 年代には、触覚入力によって文字による印刷物 1 や視覚的画像 2 へのアクセスが可能であることが明確に実証されました。 実用的な視覚代替技術の開発に対する主な制限は、ブレインマシンインターフェースが不十分であることです。 35 年前、ポール・バッハ・イ・リタ医学博士は、「成功した感覚代替システムが現在使用されていないのは、脳の機能的能力が限られているためではなく、人工受容体システムが機能していないためかもしれない」と書いています。人間の脳の適応能力に挑戦するようにはまだ構築されていません。」3.

BrainPort ビジョン デバイス 1998 年以来、Wicab は生体医工学の研究と、独自の BrainPort® テクノロジーに基づく商用デバイスの開発に注力してきました4。 BrainPort 視覚装置は、目の見えない人のために設計された視覚補綴物です。

これまでの多くの研究は、舌を感覚代替チャネルとして使用することを支持しています2、3、5-8。 私たちや他の研究者らの研究は、情報が自然の感覚系と同じ経路で提示されない場合でも、感覚代替装置からの情報を脳が正しく解釈できることを明らかにしました。 たとえば、実際に目に受け取られる光学画像は網膜より先には伝わらず、網膜によって画像が視神経線維に沿った活動電位の時空間パターンに変換されます。 これらのインパルスパターンを分析することにより、脳はイメージを再構築します。 こうした衝動は視覚に特有のものではありません。 実際、すべての感覚系は同じ「言語」、つまり神経活動電位を使用して情報をコード化します。 視覚の例をパラダイムとして使用すると、感覚の代替には、活動電位が代替の感覚情報チャネルに正確に取り込まれることのみが必要です。 トレーニングにより、脳は代替チャネルからの情報を適切に解釈し、そのままの自然な感覚からのデータと同じようにその情報を処理することを学習する可能性があります。 したがって、このテクノロジーは、環境に関する有用な情報で舌を刺激することでユーザーに利益をもたらします。これは一部のユーザーが視覚に似ていると表現しています。

BrainPort テクノロジーは電極アレイを通じて舌を刺激しますが、その刺激はまったく痛みを伴いません。 BrainPort デバイスは 1 パルスあたりわずか 11.85 μJ しか放射しません (皮膚電気刺激デバイスの規制限界: 300 mJ)。 実際、ユーザーは舌の上でシャンパンの泡が泡立つような感覚を感じたとよく報告しています。 BrainPort デバイスを使用した参加者は、数週間にわたって毎日数時間使用した場合でも、1 日あたり 20 分を最長 1 年間使用した場合でも、不快感を感じなかったと報告しています。

画像処理を使用して視覚障害のある子供たちを研究する研究はほとんど行われていない。 Werth と Seelos は、野外訓練後の視覚機能改善の証拠として、fMRI を使用して子供の視覚野における誘発活動を測定しました (Neurpsychologica. 2005年。 43(14): 2011)。 しかし、我々の知る限り、このような幼い年齢の視覚野の可塑性を評価するための視覚障害者の画像検査は行われていない。 短期的には、これらの被験者の画像化により、感覚代替装置の恩恵を受けるであろう患者をスクリーニングしたり、トレーニングパラダイムを評価したりする能力が向上する可能性があります。 長期的には、視覚遮断による可塑性を理解することは、感覚の代替だけでなく、視覚入力をまだ処理できる被験者を特定するためのすべての視覚回復戦略にとって重要になるでしょう。 研究者らは、失明後の視覚野の可塑性に対する以前の視覚経験の影響をモデル化しようとしているが、子供たちは失明期間と早期獲得と後期獲得の相対的な影響を区別するために、サンプルのユニークで重要な部分を代表している。

BrainPort デバイスは、2015 年 6 月に FDA によって承認されました。

意義：

BrainPort 視覚装置は、目の見えない人のために設計された視覚補綴物です。 これにより、目の代わりに舌とカメラシステムを使用して視覚情報を認識できるようになります。 視覚情報はビデオカメラから収集され、舌の表面上の穏やかな電気刺激パターンに変換されます。 トレーニングにより、ユーザーは環境内のオブジェクトの形状、サイズ、位置、動きを認識します。 これは、視覚障害者の補助として開発された、機能的な非外科的装置です。 BrainPort ビジョン デバイスは、視覚障害に起因する安全性と移動性の問題に対処するために、近い将来に利用可能になる可能性が高い唯一の新技術です。

私たちの結果は、成人の fMRI および PET スキャンを使用したブレインポートの使用により、行動の改善と視覚皮質領域の活性化がもたらされることを示しています。 小児コホートにおいて機能的能力も改善できるかどうかを判定しようとする試験は、以下の理由により正当化される。

1. 神経可塑性は小児期に最も高く、この年齢層では視覚を奪われた脳が代替感覚刺激を最も受容しやすいと考えられます。
2. BrainPort は非侵襲的です。
3. 現時点では、レーベル先天性黒内障に対する遺伝子治療以外に、視覚障害のある子供たちの視力を回復する代替手段はありません。
4. BrainPort はすでに CE マークの承認を取得しており、FDA の承認を保留中 (最終安全性研究文書は 2013 年 8 月に FDA に提出)、少なくともヨーロッパとカナダでは 2014 年までに購入可能になる予定です。 この装置が小児集団に役立つかどうかは、臨床上重要な問題です。
5. 研究によって示されるリスクに対する期待される利益の関係は、利用可能な代替アプローチ（ブラインドトレーニング）によって提供されるものと少なくとも同程度に被験者にとって有利です。