Ｇｈｏｏｎｕｔｓ株式会社の情報

脳波信号で言語機能脳領域の個人差を推定
-失語症の個人化脳刺激法開発に向けて-

【ポイント】
○呼称（物体名称の発語）に関する脳領域の個人差を脳波から推定
○脳波で推定した脳領域への電気刺激（tDCS）により呼称機能が向上
○脳活動の個人差が大きい失語症の治療に応用できる可能性
【概要】
東京科学大学（Science Tokyo） 情報理工学院 情報工学系の吉村奈津江教授と東京都立大学 人文科学研究科の橋本龍一郎教授、Ghoonuts株式会社 研究開発部の行田智哉氏らの研究チームは、言語機能に重要な脳の領域を（頭皮）脳波から個人ごとに特定し、電気刺激を行う個人化刺激法の有効性を示しました。
失語症の新たな治療法として、物体の呼称※（用語1）に関する脳領域（ブローカ野）に対する、頭皮からの微弱な電気刺激であるtDCS※（用語2）の有効性が示唆されています。さらに近年では、脳の活動領域の個人差に対応するために、fMRI※（用語3）を用いて、個人ごとに刺激領域をカスタマイズする方法が提案されています。この方法で、fMRIの代わりに脳波を使えば、臨床現場での汎用性が高まると期待されます。
そこで本研究では、脳波から脳皮質内の活動を機械学習で推定する信号源推定法※（用語4）を用いて個人ごとの活動領域を特定しました。その結果、脳波で推定された活動領域は、fMRIによる特定領域と高い精度で一致しました。さらに、脳波で特定した領域をtDCSで刺激することで、ブローカ野への刺激や偽刺激と比較して、呼称の反応速度が統計学的に有意に短縮することを確認しました。
本研究の結果から、脳波を用いた個人化刺激法の有効可能性が明らかになりました。本成果は、1月28日付（現地時間）の「
Neuroimage
」誌に掲載されます。
●背景
頭皮から微弱な電気刺激を与える経頭蓋直流電気刺激法
（
tDCS）は、言語に関わる脳領域として知られるブローカ野に対して行うと言語機能が改善する可能性が報告されており、失語症の治療手段として注目されています。しかし、呼称などの言語課題中に活動する脳領域は個人差が大きいため、近年では機能的磁気共鳴画像（fMRI）を用いて、個人ごとに刺激領域をカスタマイズする方法が提案されています。しかしfMRIを用いた活動領域の特定には、設備設置などの関係で汎用性が低いという課題がありました。
一方で、臨床現場での汎用性が高い（頭皮）脳波を用いて個人ごとの活動領域が特定できれば、MRI装置のない医療機関におけるカスタマイズ治療の可能性が広がりますが、脳波を用いた脳領域の特定は精度が低いと考えられています。そこで本研究では、脳波を用いた高精度の脳領域特定による個人化脳刺激法（図１）が可能かどうかを検証しました。

図１ 脳波を用いた個人化脳刺激法
●研究成果
研究では、健康な成人を対象に、脳波とfMRIを用いて呼称中の脳活動を計測しました。そのうえで、脳波から脳皮質内の活動を機械学習で推定する信号源推定法を用いて、個人ごとの活動領域を特定したところ、fMRIによる特定領域と高い精度で一致しました（図2）。さらに、脳波で特定した領域をtDCSで刺激すると、ブローカ野を刺激した場合や、偽刺激の場合と比べて、呼称までの反応時間が平均40ミリ秒短縮しました（図3）。
脳波を用いた従来の研究は、脳波に機械学習を適用することで情報抽出精度が向上することを示した研究は多い一方で、電気刺激によって目的とする機能が向上するという因果性を示した研究は少ない状況にありました。そうした中で今回の研究成果は、これまで明確ではなかった脳波を用いた脳領域推定結果の生理学的妥当性を示唆していると言えます。

図２ 脳波から推定された個人ごとの脳領域と、fMRIによる特定領域の比較

図３ 呼称の反応時間（RT）の比較。EEG-tDCS：脳波から推定された領域へのtDCS、Broca-tDCS：ブローカ野へのtDCS、Sham：偽刺激
●社会的インパクト
失語症は「物の名前が出てこない」「言葉を聞いても理解ができない」といった言語の障害で、コミュケーションの大きな妨げとなります。脳卒中の約30%で生じ、日本に約50万人いると言われています。多くの場合、生涯にわたって症状が残ることから新しい治療法の開発が求められています。今回の研究で有効性が示された、脳波を用いた個人化脳刺激法は、治療が困難な失語症の治療に応用できる可能性があります。リハビリテーションの効果を促進し、より多くの失語症者の社会復帰につながることが期待できます。
●今後の展開
今回の研究では、脳波によって特定した領域へのtDCSの有効性が示されました。今後は、実際の失語症患者で有効性を検討することで、新たな治療法としての開発を進めます。そうした治療法を通して、個人ごとに最適なtDCS条件を見つけることで、失語症患者の脳機能の向上を目指します。
●付記
本研究は下記の助成を受けて行われました。
科学技術振興機構（JST）創発的研究支援事業 JPMJFR216W
日本医療研究開発機構（AMED）革新的先端研究開発支援事業（AMED-CREST）JP23gm1910001
【用語説明】
呼称
：提示された物の名称を答える機能。失語症で最も生じやすい障害の一つ。
tDCS
：経頭蓋直流電気刺激法。頭皮からの微弱な電気刺激により、神経細胞の興奮性および抑制性の調整を図る技術。
fMRI
：機能的磁気共鳴画像。血液中の酸素濃度の変化を測定して脳活動を可視化する技術。
信号源推定法
：脳波で計測した電気信号について、機械学習を用いて脳内のどの部位で神経活動が発生しているかを特定する技術。
【論文情報】
掲載誌：
Neuroimage
論文タイトル：Electroencephalography-guided transcranial direct current stimulation improves picture-naming performance
著者：行田 智哉（Ghoonuts）、橋本 龍一郎（東京都立大）、稲垣 慧（東京科学大）、都志宣裕（Ghoonuts）、北尾 太嗣（Ghoonuts）、ミナティ ルドビコ（東京工業大学,トレント大学）、吉村 奈津江（東京科学大）
DOI： 10.1016/j.neuroimage.2024.120997

脳刺激技術を活用した事業を展開するGhoonuts株式会社（本社：京都市下京区、代表取締役：都志宣裕　以下、Ghoonuts（グーナッツ））は、このたび、京都光華女子大学（所在地：京都市右京区、学長：高見茂）と、言語機能向上機会の創出を目指し、失語症者向けの言語トレーニングアプリの有用性に関する共同研究を開始いたします。



1.共同研究に至った経緯
Ghoonutsは、2020年8月に設立されたスタートアップ企業で、経頭蓋電気刺激（以下、脳刺激）技術を活用した医療・ヘルスケア機器の研究開発を行っています。最初の対象疾患として、脳卒中後の後遺症である失語症の治療機器開発を目指しています。日本国内だけで約50 万人とされている失語症患者の治療には、脳神経細胞同士の伝達を促進する脳刺激が、非常に有効であると考えています。
現在は上記の医療機器開発に先行して、失語症者が在宅で使用できる失語症トレーニングアプリの開発も進めています。
京都光華女子大学は、看護師をはじめ、言語聴覚士や作業療法士、管理栄養士など、健康を支える医療・リハビリ分野の専門職養成の幅広さは京都滋賀エリア屈指です。特に、言語聴覚士を養成する言語聴覚専攻には、失語症に関して臨床的、学術的知見の豊富な言語聴覚士及び高次脳機能障害を専門とする医師などが数多く在籍しており、京都を中心とした病院施設及び行政との連携も豊富にあります。
現在、退院後の失語症への治療手段は限られています。有効な薬物も存在しません。こうした課題を解決すべく、新たなデジタル技術の活用が重要です。その1つの手段として、アプリケーションによる解決があります。実際、海外では、その有用性について数多くの研究が報告されています。しかし、日本語における失語症トレーニングアプリの有用性に関しては、まだ十分に検証されていません。
本共同研究を通して、失語症トレーニングアプリを開発することで、信頼性のある失語症トレーニングアプリの開発ができるものと想定しています。
2.今後の展開
失語症の新たな解決方法として、失語症トレーニングアプリの共同研究を行っていきます。
特に、その有効性と実用性の双方の観点から検証することで、失語症者が安心と信頼感を持ってお使いいただけるアプリの開発を目指します。
Ghoonuts株式会社
https://ghoonuts.com/

脳機能の促進を通して、人々の生活を豊かにすることを目指すGhoonuts株式会社が京都市スタートアップ支援2号投資事業有限責任組合、株式会社グローカリンク、HOXIN株式会社、瀬戸内Startups 1号投資事業有限責任組合から資金調達を実施しました。経頭蓋電気刺激を搭載したデバイス開発を進め、日常生活のあらゆるパフォーマンスの向上を実現させていきます。特に今後は、本ラウンドを契機として、失語症回復の研究開発を進めて行きます。



■これまでの取り組み
私たちは2020年8月に京都で創業した会社で、脳を外側から微弱な電気で刺激する経頭蓋電気刺激技術を活用した研究開発型のスタートアップです。
弊社はこの経頭蓋電気刺激技術を中心技術として、人々の日常の作業パフォーマンス向上を目指して研究開発を進めて参りました。研究開発を通して、いくつかのサービスは具体的な事業化フェイズへ進んでいます。今後は当初より目指していた医療分野への参入を進めて行きます。今回はその起点として資金調達を実施しました。
■これからの取り組み：脳卒中後の失語症の回復を目的とした研究開発をスタート
弊社は今後、この経頭蓋電気刺激技術を中心技術として、失語症の回復を促進するための研究開発を進めて行きます。研究開発を通して得ることができた研究成果を医療機器として展開していくことを目指しております。
失語症は脳卒中後などに後遺症として残る症状の1つであり、高次脳機能障害の一種です。大脳にある言語を司る領域が脳卒中などにより障害されることにより、「話す」「聞く」「読む」「書く」に関する能力が低下しますが、表出する症状や程度は人によって異なります。
今回の資金調達を通して、失語症治療の研究開発を加速させることで、より多くの失語症患者さんが使用することができる治療効果の高い医療機器をお届けすることを目指します。
■会社概要
名称：Ghoonuts株式会社
代表取締役：都志 宣裕
本社所在地：〒600-8813 京都府京都市下京区中堂寺南町134番地 京都リサーチパーク ASTEM棟8F
設立：2020年8月6日
事業内容：経頭蓋電気刺激を用いた研究開発及び事業開発
HP：https://ghoonuts.com/
■本ラウンドの出資者
京都市スタートアップ支援 2 号投資事業有限責任組合
株式会社グローカリンク
HOXIN株式会社
瀬戸内Startups 1号投資事業有限責任組合
■引受先について
名称：京都市スタートアップ支援 2 号投資事業有限責任組合
運営会社：フューチャーベンチャーキャピタル株式会社
代表者：代表取締役 金 武 偉
HP：https://www.fvc.co.jp/
名称及び運営会社：株式会社グローカリンク
代表者：代表取締役 大坂 吉伸
HP：https://glocalink.com/
名称及び運営会社：HOXIN株式会社
代表者：代表取締役 真鍋 康正
HP：https://hoxin.vc/
名称：瀬戸内Startups 1号投資事業有限責任組合
運営者：藤田 圭一郎、山田 邦明
代表者：藤田 圭一郎
HP：https://setouchi.vc/
本件に関するお問い合わせ
Ghoonuts株式会社
HP：https://ghoonuts.com/
アドレス：n-tsushi@ghoonuts.com

Ghoonuts株式会社（本社：京都市下京区、代表取締役：都志宣裕）は、この度、東京都公立大学法人 東京都立大学（人文科学研究科 橋本研究室）および東京工業大学（科学技術創成研究院 吉村研究室）との間で、言語機能に対する最適化脳刺激の効果に関する3者共同研究契約を締結いたしました。



脳卒中などにより、脳の機能が障害されると「言葉を理解がない」「言葉が出てこない」といった失語症と呼ばれる症状が現れ、日常生活を送る上で大きな障害となります。近年の研究により、頭の外部から脳に微弱な電気を流す経頭蓋直流電気刺激（transcranial direct current stimulation、以下tDCS）という技術を用いることで言語の機能が向上することが明らかになってきました。しかし、生活環境や遺伝、疾患の部位や大きさなどの影響により、脳の働きは人それぞれ異なるため、tDCSの効果には個人差が大きいという問題があります。
本共同研究では、健常成人を対象に、fMRIや脳波といった脳のモニタリング技術を駆使し、機械学習法を用いて解析することで、個人毎の言語機能に関する脳領域を特定する技術を開発します。そして、個人毎に最適なtDCS条件を見つけることで、失語症患者の脳機能の向上を目指します。
本件に関するお問い合わせ
Ghoonuts株式会社
HP：https://ghoonuts.com/
アドレス：n-tsushi@ghoonuts.com