AI駆動型閉ループ多電極経皮的脊髄刺激：脊髄損傷における運動機能回復向上のためのリアルタイム調整（AIM RECOVER） (AIM RECOVER)

脊髄損傷（SCI）は、世界中で約2060万人に影響を及ぼし、年間発生率は90万人に上る、衰弱性の病態です。 シンガポールでは、SCIの有病率は1990年の10万人あたり5〜6人から2019年には10万人あたり13〜15人へと増加しました。 SCIは、特に運動機能において、深刻かつ長期的な神経学的障害を引き起こすことが多く、日常生活活動（ADL）と歩行に大きな制限をもたらします。 SCIの急性期治療、リハビリテーション、長期ケアに関連する費用は莫大です。 従来のリハビリテーション戦略は依然として重要ですが、失われた運動機能を回復させる効果は限定的であり、多くの人々が永続的な障害を抱えることになります。

脊髄刺激（SCS）は、SCI後の神経学的回復を改善する有望な神経調節技術として注目されています。 SCSは電気刺激を送ることで求心性線維を活性化し、介在ニューロン間の接続、運動ニューロンの興奮性、脊髄ネットワーク間のコミュニケーションを強化します。SCSは、硬膜外SCS（eSCS）と経皮的SCS（tSCS）に大別されます。 非侵襲的性質と治療的潜在能力から、tSCSは大きな注目を集めており、SCI後の運動機能改善における有効性を示す多くの研究が報告されています。 現在の下肢運動制御のためのtSCSプロトコルの多くは、胸腰椎（T10 - L2）上に1つまたは2つの能動電極を配置し、各セッションを通じて固定された刺激部位とパラメータを使用します。 このアプローチは、tSCSが感覚入力を増加させることで神経ネットワーク全体の興奮性を高めるという仮説に基づいています。 しかし、筋肉特異的な刺激の欠如は、拮抗筋の望ましくない共収縮を引き起こし、機能的運動を妨げ、全体的な歩行効率を低下させる可能性があります。

新たな証拠は、脊髄の興奮性が刺激部位とパラメータの変化に動的に反応することを示しています。 リアルタイム処理を伴う空間選択的eSCSは、慢性の運動完全SCIを有する個人においてさえ、随意運動制御を迅速に回復させることが示されています。 動物研究では、感覚フィードバックとフィードフォワード筋収縮ループを模倣するように設計された末梢筋刺激と組み合わせた硬膜外脊髄刺激の統合アプローチが相乗効果を示し、SCI後の運動回復を促進する神経調節システムの開発の枠組みを提供しました。 ヒト研究では、別の研究チームが、中枢パターン発生器（CPG）ネットワークを関与させる連続刺激と、脚の屈筋および伸筋運動プールに投射する後根をターゲットとした時空間交互刺激を組み合わせた多電極tSCSが、交互歩行活動を誘導できると報告しています。 注目すべきことに、このアプローチは、臨床的に完全なSCIを有する個人においてさえ、重度の下肢運動障害を有する個人の歩行機能を即座に回復させることができました。

現在まで、連続刺激と時空間変調を組み合わせた場合の相対的有効性は、単独の連続刺激と比較して、ヒトにおいて体系的に評価されていません。 本研究は、連続正中線刺激とリアルタイムのフィードバック駆動型時空間変調を統合したAI駆動の閉ループ多電極tSCSシステムを開発・評価することで、これらのギャップに対処することを目的としています。 このシステムは、ウェアラブル運動学センサーと表面筋電図（EMG）を活用し、進行中の歩行と筋活動パターンに基づいて刺激のタイミングと強度を動的に調整します。 刺激の提供を生理学的運動要求に合わせることで、提案されたアプローチは、筋選択性を高め、下肢運動の動員を最適化し、不完全SCIを有する個人の歩行パフォーマンスを改善することを目指します。

成功すれば、この研究は、適応型のAI駆動神経調節戦略を支持する重要な証拠を提供し、脊髄感覚運動回路をより効果的に関与させてSCI後の機能回復を促進する次世代tSCSシステムの基盤を確立するでしょう。