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光脳機能画像法NIRSの発見から 酸素脳イメージングCOEの完成へ
加藤俊徳医師は、人体に害を与えずに脳のはたらきを観察できる方法として1991年、近赤外光を使って、脳の反応を見て画像化（イメージング）する方法の原理を発見しました。
これが今、世界中に広まっている通称NIRSの誕生です。
この方法が捉えているものは、血管の中のヘモグロビンです。
酸素を運ぶ運搬役のヘモグロビンです。
ヘモグロビンには酸素と結合しているものと、酸素を持っていないものがあります。
計測している場所で、これらのヘモグロビンがどのくらい増えたり減ったりしたのかを見ることが出来るのがこの方法の特徴です。
もう一つの大きな特徴は、子どもさんでも患者さんでも、もちろん健康な大人でも、痛みもほとんどなく、普段の姿勢で検査することが出来ることです。
脳血流を計れば本当に脳のはたらきが分かるか？
加藤俊徳はアメリカで研究し続け、ある答えを導き出しました。
脳血流というのは、血液の流れです。
その血液の流れに、本当に脳が働いた情報がのっているのかどうかが問題です。
従来のNIRSでは、静脈成分と毛細血管成分をわけることなく流れる血が増えたか減ったかを主に検出してしまいます。
今、巷を騒がせている脳の話も、この脳静脈の血流から得られた結果をもとにしています。
でも、静脈は働いたあとのヘモグロビンを運搬するだけの管ですから、脳血流を指標にする限り、
そこの場所が働いたかどうかというのは、直接的には計ることができません。
脳の静脈の反応は脳外の反応で、脳機能反応とは呼べないことに気がつきました。
そこで加藤医師は、脳血流ではなく、脳酸素交換に着目し、酸素交換の方程式化に成功しました。
これが、COE（脳酸素交換マッピング）の誕生です。
COEは、ヘモグロビンが酸素を細胞に渡す、毛細血管での酸素状態の変化を観察します。
まさに、脳が働いて、細胞に酸素を渡したのか？
それとも、脳が働かないで、酸素がそこを素通りしただけなのか？
これを区別して、脳が何に対して、どんな風に働いたのかを観察する方法です。
文献リスト（NIRS計測からCOE計測へ）
１）高嶋幸男，加藤俊徳，平野悟 水戸敬．NIR Spectroscopyによる局所脳血流変動の観察．心身障害児（者）の医療療育に関する総合的研究の報告書（厚生省）p.179-181(1992)
>>ダウンロード(pdf)
２）Kato T, Kamei A, Takashima S, Ozaki T (1993) Human visual cortical function during photic stimulation monitoring by means of near-infrared spectroscopy. J Cereb Blood Flow Metab. 13:516-520. >>ダウンロード(pdf)
３）Kato T (2004) Principle and technique of NIRS imaging for human brain FORCE: fast-oxygen response in capillary event. International Congress Series. 1270C:88-99. >>ダウンロード(pdf)
４）Kato T, Stancák A (2005) Distinction of regional cerebral FORCE (fast-oxygen response in capillary event) effect by unilateral and bilateral finger movements. NueroImage Vol26: S1 W-PM 1582.
５）Yoshino K, Kato T. et al. （2005）Distinction between comprehensible and incomprehensible words by fast-oxygen response in capillary event (FORCE) effect using fNIRS-imaging NeuroImage22 S1 WM1134
６）加藤俊徳（2005）COE(脳酸素交換機能マッピング)–光機能画像法原理の利用-．小児科46 1277-1292
７）加藤俊徳（2006）COE（脳酸素交換機能マッピング) -酸素交換度と酸素交換直交ベクトルの利用-．臨床脳波48 41-50
８）Kato T (2008) Phase Imaging System of Oxygen Transport using Oxyhemoglobin and Deoxyhemoglobin -new index and phenomenon of brain function-. NeuroImage 41 S1: TH-PM 332.
酸素脳機能イメージング/COEってなに？
１．脳の酸素交換を捉える
２．脳の血管にも下水道がある
１．脳の酸素交換を捉える
脳にはたくさんの血管があり、血液が運ばれています。
血液の中には、赤血球という成分があり、酸素と結合したヘモグロビンを抱えています。
運ばれた酸素は、酸素が必要な組織に受け渡されます。
血管には酸素を交換する血管と、交換しない血管があります。
酸素交換をする酸素は毛細血管といいます。
COEは光を使って、毛細血管の酸素交換を捉える技術です。
例えば、あなたが漢字を書いているとします。
漢字を書くときに働く場所には酸素が必要ですので、酸素が細胞に移動します。
これをFORCE効果と呼んでいます。
酸素がなくなった血液は使用済みの汚い血となって、下流の静脈へ流れていくことになります。
脳が働けば、きれいな血（未使用の血）が汚い血（使用済みの血）に変わるわけです。
酸素が、血液中のヘモグロビンとの結合から離れて、神経細胞に移動するからです。
脳を使うと酸素が必要になるのです。
しかし、漢字を書くときに働かなかった場所もあります。
その場所には酸素は必要ありませんから、そこを通る酸素は受け渡されることなく、
未使用のまま、きれいな血として通り過ぎることになります。
これをWatering効果（素通り効果）といいます。
COEは、このFORCE効果と素通り効果を区別できる唯一の方法です。
これによって、脳が働いた瞬間の酸素の使い方を捉えることができるのです。
２．脳の血管にも下水道があります。
酸素を受け渡して「使用済みの血液（脱酸化ヘモグロビン）」と、
酸素を受け渡さずに素通りした「未使用の血液（酸化ヘモグロビン）」は、
血管の下水道である静脈へ流れて合流します。
最近、巷で「脳科学」と称されているものは、
残念ながら、この下水道を観察したものがほとんどです。
もうお分かりだと思いますが、下水道である静脈には、
脳の働いた場所を通った汚い血も、素通りした血も混ざっているわけですから、
脳の機能を正確には反映していません。
PETやｆMRIといった方法では、この下水道のデータを排除するのが困難です。
COEは静脈の下水道効果を排除して、本当に働いた脳活性を観察できます。
だからこそ、加藤医師はこれまで、この精度の高い方法で、
健康な人の脳だけでなく、脳に病気を抱えた人たちのＭＲＩ鑑定とＣＯＥ検査を行い、
リハビリや、教育に役立つ情報を提供してきました。
ＣＯＥで脳番地の酸素を見る～応用編
具体的な状況に対して、脳がどのように働いているのか研究したい方、脳科学を応用したい方の方法の一つとして、脳の酸素の使い方を見る＜ＣＯＥ―酸素脳検査＞が最適です。
ＣＯＥで脳番地の酸素を見る～酸素脳検査プラン
当社代表・加藤俊徳医師の長年の研究によって、脳番地に光を当てて脳の酸素を観察することが出来るようになりました。酸素分子は、ナノメートルよりも小さい分子ですが、酸素動態を観察する光分子機能イメージングが実現しました。それが、ＣＯＥ検査（酸素脳機能イメージング）です。
選んだ脳番地（大脳皮質）が、どのように酸素を使いこなしているのか、瞬時に観察することが出来るようになっています。
脳の酸素動態が定量的に検査できるようになったので、運動トレーニングだけでなく、言葉の学習効果や記憶過程などをベッドサイドで、無害な状態で知ることが可能となっています。
ＮＨＫでも紹介されたＣＯＥ技術
(番組撮影の様子)
加藤医師の技術は、2004年9月・ＮＨＫスペシャル「老化に挑む～あなたの脳はよみがえる」で紹介されました。当番組は国内外で多数受賞しております。書籍も出版されています。脳に近赤外光を照射することで、脳がどのように酸素を使ったのかを知ることが出来ます。
お子様でも高齢者でも安心 簡便なＣＯＥ測定
頭皮に照射する近赤外光は、安全な光量を保っておりますので無害です。
皮膚が汚れる心配も無く、自然な姿勢で測定できますので、お子様でも高齢者でも測定可能です。
当社の独自技術は、酸素脳機能イメージングです。
脳の働きを脳酸素と脳血流を同時に見て判断します。
ＣＯＥ測定結果の例です。当社のCOE技術は「脳血流」だけででは脳機能評価は行っておりません。
脳血流は、脳の働きを反映する精度が低いからです。
脳の機能を精度よく判定できる「酸素の使い方」を評価して、脳酸素と脳血流を同時に見るＣＯＥは、脳の学校の独自技術です。
ＣＯＥによって、酸素を使ったのか、使わなかったのかを毛細血管レベルで区別し、脳の現状評価はもちろんのこと、学習効果も検出することができるようになりました。
酸素脳機能イメージング/COEを使った研究サポート
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