The crossmodal congruency task as a measure of intuitiveness of sensory feedback in the lower limb

問題提起
下肢切断者は、義足からの体性感覚フィードバックの喪失により、バランスや歩行の障害を含む機能的欠損に苦しんでいる。残存肢の神経や脊髄への電気刺激を用いた神経義肢技術の進歩は、感覚を回復させつつあるが、これらの誘発された感覚は、直感的ではない（例：自然な触覚ではなく、感覚的なバズ音のような感覚）ことが多い。これらのデバイスの有効性を最大化するためには、回復された感覚が直感的であり、感覚運動ネットワークにシームレスに統合される必要がある。しかし、これらの誘発された感覚の「直感性」を定量化することは、依然として大きな課題である。現在の研究は、主観的な「自然さ」の評価に大きく依存しているが、これらは変動性が高く、必ずしも運動パフォーマンスを制御する知覚経路への統合の度合いを反映しているわけではない。上肢切断者における多感覚統合の客観的な指標としてクロスモーダル一致効果（CCE）タスクが提案されているが、下肢における感覚フィードバックを評価するためのその実現可能性と妥当性は、まだ確立されていない。

方法論
本研究は、15名の健常参加者を対象に、下肢における感覚フィードバックの直感性を測る指標としてのCCEタスクの妥当性を検証することを目的とした。実験デザインでは、以下の2つの感覚様式を比較した：

1. 空気圧触覚刺激： Galileoシステムを用いて提供され、自然な皮膚の陥没や圧力変化を模倣するために、徐放性1型（SA1）、速放性（RA）、およびPC線維を動員する。
2. 電気刺激： DS8R刺激器を用いて提供され、大量の求心性線維を同時に動員する。

刺激は、膝（大腿部中央）と足（足背）の2つの解剖学的部位に適用された。有効な比較を確実にするため、本研究では以下の制御策を実施した：

• 強度マッチング： 電気刺激の振幅は、知覚強度が固定された空気圧刺激と一致するように、各参加者および部位ごとに調整された。
• 視覚反応時間の制御： 事前テストにより、膝と足のLEDへの距離の変化によって視覚反応時間が有意に影響を受けないことを確認した。
• 同期： ハードウェアの遅延を測定・補償し、標的（体性感覚）刺激と妨害（視覚）刺激が1ms未満で同期するようにした。

CCEタスク： 参加者は、同時に提示される視覚的妨害刺激（LED）を無視しながら、体性感覚ターゲット（膝または足）の位置を口頭で特定するという速度応答タスクを行った。

• 一致試行（Congruent Trials）： ターゲットと妨害刺激が同じ場所に現れる。
• 不一致試行（Incongruent Trials）： ターゲットと妨害刺激が異なる場所に現れる。
• 指標： 主要なアウトカムは、一致試行と不一致試行の反応時間の差として定義されるクロスモーダル一致反応時間（$CCERT$）である。$CCERT$が高いほど、多感覚統合が進んでいる（したがって、理論的には直感的である）ことを示す。二次的指標には、エラー率（$CCE_{Error}$）および頭頂部におけるEEGバンドパワー解析（デルタおよびシータ波）が含まれる。

主な結果

• 様式の分化： CCEタスクは、膝において空気圧刺激と電気刺激を区別することに成功した。具体的には、15名中14名の参加者が、電気刺激よりも空気圧刺激に対して高い$CCERT$を示し、空気圧刺激の方がより直感的に統合されるという仮説を支持した。
• 部位依存性： この分化は足においては観察されなかった。足における結果は一貫性がなく、空気圧刺激に対して高い$CCERT$を示したのは3名のみであり、逆の傾向を示したのは5名であった。
• 個体間変動： 全体として、有意なCCEスコアを示したのは参加者の67%のみであった。同一の個人において、両方の刺激様式間で効果が一貫していなかったことから、高い個人間変動があることが示唆された。
• 自然さとの相関： $CCERT$スコアと主観的な自然さの評価との間に有意な相関は見られなかった。これは、CCEスコアが知覚された自然さの直接的なプロキシ（代理指標）ではないことを示している。
• EEGの結果： EEG解析により、皮質バイオマーカーの変動が明らかになった。膝においては、不一致試行で頭頂部のデルタおよびシータ帯域のパワーが高くなっており（先行研究と一致）、一方で足では逆のパターンを示したが、これらの差はグループ全体として統計的に有意ではなかった。
• 疲労と反応時間： 疲労レベルやベースラインの反応時間の変動と、$CCERT$スコアとの間に有意な相関は見られなかった。

意義および主張
本論文は、CCEタスクは下肢における多感覚統合の指標として有望ではあるものの、その適用は、部位特異的な不一致や主観的な自然さとの相関の欠如によって、現在は限定的であると結論付けている。

• 緩やかな妥当性確認： 本研究は、膝におけるCCEパラダイムの妥当性を検証したが、現在の実験条件下では足には一般化できないことを強調している。
• 指標の限界： 著者らは、CCEスコアは「自然さ」の評価の単純なプロキシではないと主張している（両者の相関が見られなかったため）。
• 個人レベル vs グループレベルの分析： 本研究は、神経義肢への応用において、グループレベルの平均値はCCE効果が欠如している多くの個人を覆い隠してしまう可能性があるため、個人レベルの分析が極めて重要であることを強調している。
• 今後の要件： 著者らは、CCEタスクを下肢切断者の直感性を測定するために実装できるようになる前に、CCEに影響を与える外部要因（ターゲットと妨害刺激間の空間的距離、身体領域による空間解像度の違い、反応競合メカニズムなど）をより詳細に理解し、制御する必要があると述べている。本論文は、CCEが決定的な解決策であると主張しているのではなく、あくまでさらなる開発と検証を要するツールであるとしている。