月別: 2021年7月

川瀬哲明教授 Prof. Tetsuaki Kawase

川瀬哲明教授 Prof. Tetsuaki Kawase

僕個人としては、医学と工学の間にあまり境はありません。工学系の研究者の方たちは、結構、医工学マインドを抱かれている感じがしますが、工学でも医学でも、みんな知りたいことを研究して、薬の開発とかも一生懸命に頑張って、境界なくやって行けばいいんじゃないでしょうか。大学院教育としては、教員や学生さんへの配慮として、医工学研究科というシステム(枠)を作ったっていうことだと思います。そういう点では、工学系の学生さんが皆さんおっしゃっているように、医学的な現場を実地で見る機会があることは、結構大きいアドバンテージのような気がします。教育という点では、自分の体験を振り返ってみても、実際に体験することは大事で、先々に大きな影響を与える可能性があると思います。そういう意味では、まだまだやらないといけないことは沢山あると思います。現在は、最初にとにかくカリキュラムを走らせるということが、そのまま続いてる感じがしますし、学生さんにとっても、より効率良いシステムがあったらいいだろうなと思いますけどね。

In my personal opinion, there is not much of a boundary between medicine and engineering. I feel that researchers in the engineering field have a medical and engineering mindset. However, I think that everyone should research what they want to know, whether it is engineering or medicine, and try their best to develop drugs. In terms of graduate school education, I think that the Graduate School of Biomedical Engineering was created as a system (framework) for faculty and students. In that sense, as all the engineering students have said, having the opportunity to see the medical field firsthand is a big advantage. In terms of education, looking back on my own experience, it is important to actually experience it, and it has the potential to have a great impact on the future. In that sense, There are still many things that need to be done. At the moment, I feel like we’re continuing to run the curriculum at the beginning, and I think it would be great if there was a more efficient system for students, though.

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Hearing is believing

Hearing is believing

川瀬哲明教授(聴覚再建医工学分野)

Prof. Tetsuaki Kawase (Rehabilitative Auditory Science)

川瀬研究室(Kawase Lab)

音は情報である

生まれたところは大阪府なんですが、その後、中部地方の愛知県と四国の愛媛県で小学校と中学校を過ごしました。高校からは親元を離れて鹿児島県に行って、大学で東北大学の医学部に入学しました。専門はずっと耳鼻咽喉科です。当時の耳鼻咽喉科の医局は原則として大学院を取らない方針でしたが、医局員全員が臨床をやりながら、夕方から夜中まで研究をするという伝統がありました。それがいいなと思って耳鼻咽喉科に入局したんです。最初に取り掛かった研究テーマは、「バランス」や「めまい」についてだったのですが、先輩から「バランスは音に比べて刺激のコントロールが難しいし、次は聴覚の研究をしたら?」と勧められて聴覚を研究するようになりました。

入局後しばらくして、1990年から19993年までボストンの研究所に留学する機会がありました。毎日楽しかったですね。実験動物をモデルに単一聴神経から活動電位(スパイク)を記録する実験を行いました。単一聴神経記録の実験って、実験動物の体力よりも実験者の体力で実験の終了時間が決まるんですよ。実験の準備ができた直後は記録が安定しないので、夕方に準備し終わったらいったん家に帰って、明朝から記録を取り始めて、次の日のお昼ごろまで(夜中、1-2時間は仮眠しましたけど)、ヒトの体力が続く限り。記録がすべて終わったら、組織化学的解析のために組織サンプルを採取しました。聴神経の記録を一本一本、順番にとっていくんですが、とにかく、根気よく記録していくだけでしたね。

蝸牛に投射している遠心性神経が働くと、音情報がマスキングされにくくなって雑音の影響を受けにくくなる、そういうメカニズムがあるんじゃないかという仮説を検証する研究テーマでした。細い神経めがけてガラス電極を刺すんですけど、その際、目的の神経に刺さったかわかるように、神経活動をバチバチと音で検出するんですよ。スパイクがスピーカーから実際に音として聞こえてくると、ああ、音って情報なんだと実感しました。単に、聞こえる・聞こえないっていうレベルではなくて、サイン波の音が耳で変換されて、全てがこのバチバチバチバチに、要するに一連のスパイクとして情報に変わって、脳に入っていく。そのことを体で納得できました。

Sound is Information

I was born in Osaka Prefecture, but later spent my elementary and junior high school years in Aichi Prefecture in the Chubu and Ehime Prefecture in Shikoku. After high school, I left my parents and went to Kagoshima Prefecture, and entered Tohoku University School of Medicine as a university student. My specialty has been otorhinolaryngology. At that time, the department of Otolaryngology had a policy of not taking graduate students as a general rule, but there was a tradition that all the members of the department did research from evening until midnight after clinical work. I thought that was a good tradition, so I joined the department of Otolaryngology. My first research topics were “balance” and “dizziness,” but a senior colleague said, “Balance is more difficult to control stimulus than sound, so why don’t you do research on hearing next?” So I started to study auditory perception.

After I joined the department, I had the opportunity to study at a research institute in Boston from 1990 to 1993. I enjoyed every day. We conducted experiments to record action potentials (spikes) from a single auditory nerve using laboratory animals as models. In single auditory nerve recording experiments, the end time of the experiment is determined by the physical strength of the experimenter rather than the condition of the experimental animals. The recordings are not stable immediately after the experiment is ready, so after finishing the preparations in the evening, I went home and started recording in the morning, and continued until noon the next day (though I took a nap for an hour or two in the middle of the night), as long as my physical strength lasted. After all the recordings were done, tissue samples were taken for histochemical analysis. I took the auditory nerve recordings one by one, in order. I just had to be patient and keep recording.

The theme of the research was to test the hypothesis that the centrifugal nerve projecting into the cochlea has a mechanism that makes sound information less masked and less susceptible to noise. I stabbed glass electrodes into fine nerves and detected the nerve activity with a buzzing sound so that I could know whether I had stabbed the target nerve. When the spikes were actually heard through the speakers, I realized that sound is information. It’s not just a matter of hearing or not hearing, but the sine wave sound is converted in the ears, and everything is converted into information as a series of spikes, and enters the brain. It was able to convince me that.

「聴覚」の仕組みから「注意」の仕組みへ

アメリカから帰国した時、耳鼻咽喉科の教室が電気通信研究所とデジタル補聴器の開発に関する共同研究をやっていて、そのプロジェクトに参加させていただきました。共同研究先の研究室では、聴覚系の情報処理に関する基礎研究を行っていて、聞き取りの改善を目的とした信号処理法の開発やそれを評価するための認知を指標にした入力と出力の関係を研究していました。そこで、聴覚についての心理音響学的なアプローチを学びました。逆に、工学系の先生方は僕がスパイクの話をしたりすると、興味を持ってくださったりして。聴覚という共通の興味があって、話を聞けばお互いに面白かったですね。

耳鼻咽喉科にいると、聴覚のことはなんでもわかっているような気にもなるんですけど、そんなことは全然ありません。聴覚を専門にしていらっしゃる先生は工学系にもたくさんいらして、色んな事を勉強できます。医学系、特に耳鼻咽喉科ですと、どうしても耳の病気の理解や治療を目的とした研究が中心になってしまうのですが、健常な人の聴覚の仕組み、特に脳における知覚や認知にかかわる情報処理に関する聴覚に仕組みっていうことになると意外と知らないことも多いんです。実は、このあたりのことは、工学系や心理系の研究者の方たちがいろいろなことを研究されていて、工学系では研究手法として当たり前のものでも、臨床では使ってないものもあって、その手法を使うだけでも見えてくるものが変わってきます。

From the Mechanism of “Hearing” to the Mechanism of “Attention”

When I came back from the U.S., the department of Otolaryngology was conducting joint research with the Research Institute of Electrical Communication on the development of digital hearing aids, and I participated in the project. The collaborating laboratory were conducting basic research on information processing in the auditory system, developing signal processing methods to improve listening comprehension, and studying the relationship between input and output using cognition as an indicator to evaluate the results. I learned the psychoacoustic approach to hearing there. On the other hand, when I talked about spikes with engineering professors, they were interested in the topics. We had a common interest in hearing, and it was interesting to hear each other’s sutudies.

When we work in an otorhinolaryngology department, we may think we know everything about hearing, but this is not the case at all. There are many researchers who specialize in hearing in the engineering field, and we can learn a lot of things. In the medical field, especially in otolaryngology, the focus is on understanding and treating ear diseases. However, there are many things we don’t know about the mechanism of hearing in healthy people, especially the mechanism of hearing related to information processing in the brain related to perception and cognition. In fact, researchers in the fields of engineering and psychology have been studying various things, and some of the research methods that are commonplace in engineering are not used in clinical practice.

「集中する注意」・「分散する注意」

現在は、聴覚における「注意」が面白いなと思って、その研究テーマに集中しています。注意って、聞き取ろうと思って「集中する注意」もあるんですけれど 、うまく「分散・分配しないといけない注意」もあって、自動的に分配しないといけない注意を見つけることは診療的にはとても難しいんですね。「集中する注意」は聞き取ることで検査できるんですけど、「分散・分配する注意」というのは心理的に調べよう思うと、実はとても難しいという気がしています。

注意は総量がきまっていると言う説もあります。あるものに注意を50持っていけば、残りには50しか使えないといいますし、その配分が自動的にできないといけない、何かやってる時は他の事をむしろ積極的に無視できないといけない。無視ができないと聞かないでいいことを聞かなきゃいけなくなるし、それがひどくなると日常生活に支障をきたすようになるんだと思います。でも、大事な情報が来たときは、無視せず、うまく注意を分散させて振り向けることも必要。じゃあ、どうやって「分散・分配する注意」を検査するかなんですが、まずは第一段階として無視する力の評価について研究をしています。例えば、今やっている脳磁図を用いた実験の例を挙げると、片方の耳から音をカウントさせて、反対の耳から色んな種類の音を入れていくと、邪魔され具合が違うんですね。直接的な末梢での影響をなるべく除外するような性質の音を使っているので、中枢での影響があるのは間違いありません。弁別タスクの反応時間と成功率が、反対の耳に聞かせた音の影響で、どのように変化するのか、聴覚刺激と注意の関係性については心理音響学的な側面からも研究をすすめています。

“Focused attention” and “distributed attention”

Currently, I am focusing on the research theme of “attention” in auditory perception, because I find it interesting. There are some types of attention that we concentrate on in order to hear, but there are also other types of attention that we need to disperse well, and it is very difficult clinically to find attention that needs to be automatically dispersed. Concentrated attention can be examined by listening, but distributed attention is actually very difficult to examine psychologically.

There is a theory that the total amount of attention is limited. It is said that if you bring 50 of your attention to a certain thing, you can only use 50 for the other. You need to be able to allocate that automatically. If you can’t ignore things, you will have to listen to things you don’t need to listen to, and if it gets too bad, it will interfere with your daily life. However, when important information comes to us, we need to distribute our attention well and not ignore it. So how do we test for “distributed attention?” As a first step, we are studying the evaluation of the ability to ignore. For example, in the magnetoencephalography experiment that I’m working on now, if you make a sound count from one ear and then add various kinds of sounds from the other ear, the degree of disturbance is different. We are using sounds of a feature that excludes direct peripheral effects as much as possible, so there is no doubt that there are central effects. We are also conducting psychoacoustic research on the relationship between auditory stimuli and attention, to see how the reaction time and success rate of discrimination tasks are affected by sounds played to the opposite ear.

「異常という診断」が安心につながることもある

さっきお話しした注意の問題が関係して、雑音下などで聞き取りの困難を感じていていらっしゃる人がいらっしゃるんですけど、その場合、耳鼻咽喉科で行う通常の聴力検査では、問題が見つからないんですね。患者さんの困っていることが、どのように困っているのか理解できないと、結局、ありきたりの検査しかやってないと、問題が見つからずに正常ですって結果になっちゃうんですね。それでは患者さんは困惑してしまうんです。でも、自分でもなにかおかしいと思ったから検査したら、異常が出ましたとなると、「ああ、やっぱり」って安心される。そこがスタートになると思うんです。すると、確実な治療法はないんですけれど、できるいろんな工夫っていうのはたくさんあって、ちょっと手助けしてもらうと聞き取りで困らなくなったりして、患者さんはすごく助かるんです。患者さんが自分の能力でやれることも増えてきます。障害の認定までは、なかなかつかないんですけれど、それなりの配慮があった方が望ましいという診断書が書けると、会社とか学校現場とかで合理的な対応に繋がったりもしますし。そのようなこともあり、そういった患者さんの聞き取りの問題の本質を何とか可視化できないかと思い、さっきお話しした注意に関する研究も行っているわけです。

A “diagnosis of abnormality” can be a relief to the patient.

There are some patients who have difficulty in hearing under noisy conditions due to the attention problem I mentioned earlier, but in such cases, a normal audiological examination conducted by an otolaryngologist does not find any problem. If we don’t understand what the patient’s problem is, we end up doing only conventional tests, and the results will be normal without finding any problem. Then the patient is confused. However, when they find out that something is wrong with their body and the test shows an abnormality, they are relieved and say, “Oh, I got it”. I think that’s the starting point. Then, although there is no sure treatment, there are a lot of things that can be done, and with a little help, the patient can have less trouble with listening, which is a great help to them. There are more and more things that patients can do on their own. It’s not easy to get a certification of disability, but if they can get a medical certificate that it is desirable to have some consideration, it can lead to a reasonable response at work places or school. This is one of the reasons why I am conducting the research on attention that I mentioned earlier, hoping to somehow visualize the essence of the problem of listening to patients.

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2020 Tohoku University Graduate School of Biomedical Engineering