生体電気信号測定技術
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2024.11.02
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生体電気信号測定技術
活動している細胞や組織（ヒトや動物の組織など）は、静止状態であれ活動状態であれ、生命活動と密接に関連した規則的な電気現象を生じており、これを生体電気と呼ぶ。生体電気信号には静止膜電位と活動電位が含まれ、その本質はイオンの膜透過による移動である。 。
200年以上前、人類は動物の体が電気を帯びていることを発見し、電気ウナギが生じさせる生物電気を用いて精神疾患の治療を行った。18世紀末、L・ガルバーニは、カエルの筋肉と異なる金属で構成された閉回路が接触すると収縮が生じる現象を発見し、「動物電」という概念を提唱した。しかし、ヴォルタによって否定され、カエルの筋肉の収縮は単に筋肉内に存在する導電性液体によるものであり、カエルの筋肉の両端に取り付けた異なる金属を接続して閉回路を形成することが電気を生じさせる鍵であることが示された。その後、C・マッティウッチ、E・H・デュブワ＝レモン、L・ヘルマンらの研究も、いずれも生物電気の存在を実証した。20世紀初頭、W・アイントホーフェンは高感度の弦線電流計を用いて微弱な生物電流を直接測定した。1922年には、H・S・ガッサーとJ・エフラングが初めて陰極線オシロスコープを用いて神経活動電位を研究し、現代電気生理学の技術的基盤を確立した。1939年には、A・L・ホジキンとA・F・ハクスリーがマイクロ電極をイカの大神経に挿入し、神経繊維膜内外の電位差を直接測定した。この技術的革新は、電気生理学の理論的発展を大きく促進した。1960年には、電子計算機が電気生理学の研究に導入され、誘発電位を自発的な脳波から明確に区別できるようになり、細胞の発火に関する諸パラメータを精密に解析・計算することが可能となった。
生体内に広く存在する多様で複雑な電気現象は、正常な生理活動の反映であり、一定の条件下では統計的に見て生体電気には規則性が認められる。すなわち、特定の生理過程に対応して、それに相応しい電気的反応が現れるのである。したがって、生体電気の変化を基に、生理過程が正常な状態にあるかどうかを推測することが可能であり、心電図、脳波、筋電図などの生体電気情報の測定がその一例である。逆に、一定の強度と周波数を有する電気信号を特定の組織部位に印加すると、その生理状態に影響を与えることもできる。例えば、「 心臓ペースメーカー 「一時的に不整脈を起こした心臓を、正常なリズムに戻すことができる。脳への電気刺激療法（EBS）を用いれば、一部の脳疾患を治療できる。頸動脈に血圧調整装置を設置すれば、患者の血圧を調節することも可能である。」 「ロボットハンド」や人工義肢などは、すべて筋電位を利用して随意運動を実現する人間―機械システムである。宇宙飛行において用いられる「バイオソーラーセル」は、細菌の生命活動過程で生成される電力を活用し、シリコン太陽電池に比べてはるかに高いエネルギー効率を提供するものである。生物電気が医学分野において……と予想される。 バイオミメティクス 情報制御やエネルギーなどの分野において、その応用範囲は今後も拡大し続けるでしょう。
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