シリアスゲームによるパーキンソン病治療とリハビリテーション


ゲームは私たちにとって身近な娯楽の一つです。コロナ禍で自宅にいる時間が増え、ゲームをする時間が増えたという人も多いことでしょう。ゲームにはさまざまな効用があり、遊びながら特定の事柄を学んだり、もともとゲームとして行われていなかった活動に対してゲーム要素を取り入れて参加者のモチベーションを維持・向上させたりする効果もあります。今月は、適応シリアスゲームの分析に基づいて、パーキンソン病治療調整およびリハビリテーション療法を改善するためのシステムを取り上げます(US20210121121、IBM)。


シリアスゲームとは


シリアスゲームとは耳慣れない言葉ですが、2002年頃からアメリカで使われ始めました。シリアスゲームとは、娯楽目的のゲームではなく、教育や医療などの社会的諸領域の問題解決のために利用されるゲームのことです。ゲーム本来の性質には、何かしらの課題(ミッション)をクリアすることがありますが、シリアスゲームでは、ゲームの課題(ミッション)に社会課題を取り上げ、医療や福祉、教育等、環境問題など、これらの社会課題について考えるきっかけを与えるものです。研修のためのシミュレーションゲームも、シリアスゲームの一種です。さまざま分野での応用が期待されています。


パーキンソン病治療の難しさ


パーキンソン病(PD)は加齢性神経変性疾患です。世界中で700万から1000万人がPDを患っていると推定され、PDによる社会的・経済的影響が急速に拡大しています。PDの症状は徐々に始まり、ほとんど目立たない震え、こわばり、動きの鈍化から始まります。初期の症状は、顔の表情、姿勢、発話にも関連している可能性がありますが、これらの初期の兆候は軽度であり、見過ごされている可能性があります。


PDは、完全治癒はできませんが、一般的には、症状を改善するために薬が投与されます。臨床医にとって、投薬の調整は課題です。臨床医は、即効性を求めるだけでなく、病気の経過に対する薬の長期的な影響を計算して薬を投与しなくてはならないからです。PD患者は、3~6か月ごとに神経内科医によって病気の状態が評価されます。しかし、この評価は定性的かつ主観的です(神経内科医の判断に依存します)。症状は日中および日ごとに異なるため、多くのノイズがあり、単一の評価を行うことはできません。


投薬と並行して専門家によるリハビリテーションが実施されることがありますが、リハビリのプログラムは長く単調で、PD患者は不快になり意欲が欠如してしまいます。また、PDに起因するうつ病や認知症の症例は、PD患者がルーチンのリハビリワークから遠ざかる原因にもなります。


したがって、パーキンソン病患者の継続的なケアにおいては、患者のPD徴候と社会的・専門的アジェンダに基づいて、治療調整とリハビリテーション運動計画を強化するための新しい工夫が必要とされています。


パーキンソン病治療にシリアスゲームを取り入れる


ゲームを活用することは、治療プログラムでの反復運動に起因する意欲の欠如と戦うための良い方法であると期待されています。PD治療調整のために、発話能力、顔の表情、手のこわばりをモニタリングしたり、患者の障害・議題に適応してゲームをカスタマイズしたりすることが考えられます。


この発明は、適応シリアスゲームの分析に基づいて、パーキンソン病治療調整およびリハビリテーション療法を改善するためのシステムです(US20210121121、IBM)。ユーザである患者にゲームを投与し、ユーザがゲームをプレイした結果に基づいて、PDの徴候およびPDの症状を監視し、調整します。PD兆候とPD症状に応じてユーザを治療し、治療に基づいてユーザに合わせたリハビリテーションを提案します。


シリアスゲームを用いたPD治療の全体フロー


Fig.1は全体のフローチャートを示します。

全体の流れは下記の通りです。


  • ユーザがゲームを管理するようにする

  • ゲームをプレイしているユーザの結果に基づいて、PDの兆候とPDの症状を監視する

  • PDの兆候とPDの症状に依存するユーザの治療の調整する

  • 治療に基づいた患者のためのテーラードリハビリテーション運動の提案

ここで、ゲームとは、例えば、症状によって影響を受ける/損なわれる可能性があるタスクなど、PD徴候および症状の様々な側面を評価するように設計されたシリアスゲームのことです。


臨床医によって処方されたゲームを使用してPD兆候の評価を実行することは、患者のコンピューティング・通信デバイス(例えば、PC、ノートブック、携帯電話、センサーなど)上で行われます。ゲームは、神経内科医によって実行される運動神経検査と組み合わせることもできます。ゲームは、患者に与えられた履歴(臨床医)ゲーム、これらのゲームの履歴パフォーマンス(相互作用と応答)、履歴運動ニューロンテスト、患者プロファイル、現在および予測される患者の状態とコンテキストを使用してトレーニングされたディープニューラルネットワークモデルによって自動的に生成されます。


PDの症状を追跡するゲームは、患者のキーボード操作、マイク、カメラの使用法からのデータ収集に基づいてトレーニングされたモデルを使用して実行されます。ゲームは、早口言葉、描画を準備するユーザ、タイピングなども含まれます。これらのゲームを通じて、振戦、こわばり、表情障害、言語障害、姿勢を含む複数の症状の評価が行われます。


ゲームスコアリングを用いてPD症状スコアリングを計算し、エクササイズを生成する


ゲームのスコアリングは、症状の軌跡に基づいて行われ、ゲームのスコアは、PDの症状をスコアリングするために使用されます。ゲームの能力に対するPDの影響をモデル化し、ゲームのスコアをPDの症状のスコアに計算します。モデリングには、タイピング能力、マウスの動き、スピーチ、座る姿勢、顔の表情を使用します。機械学習アルゴリズム(トレーニング済みの深層学習モデルなど)を使用して、スピーチ、姿勢、顔の表情、書き込み、タイピング、ピアノ演奏などの特定のアクティビティを実行している間の身体部分の動きの経時的な変化と軌跡を用い、シーケンスマイニングと時系列アルゴリズムを使用してモデル化されます。モデルは、シリアスゲームのスコアを入力として受け取り、各患者の統一パーキンソン病評価尺度(UPDRS)スコア(SUPDRS)を計算します(Fig.5)。