Neural circuit maniulation in post-storke critical periods for functional recovery
| Project Area | Inducing lifelong plasticity (iPlasticity) by brain rejuvenation: elucidation and manipulation of critical period mechanisms |
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| Project/Area Number |
20H05923
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
牛場 潤一 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (00383985)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥73,970,000 (Direct Cost: ¥56,900,000、Indirect Cost: ¥17,070,000)
Fiscal Year 2024: ¥13,780,000 (Direct Cost: ¥10,600,000、Indirect Cost: ¥3,180,000)
Fiscal Year 2023: ¥13,780,000 (Direct Cost: ¥10,600,000、Indirect Cost: ¥3,180,000)
Fiscal Year 2022: ¥13,780,000 (Direct Cost: ¥10,600,000、Indirect Cost: ¥3,180,000)
Fiscal Year 2021: ¥13,130,000 (Direct Cost: ¥10,100,000、Indirect Cost: ¥3,030,000)
Fiscal Year 2020: ¥19,500,000 (Direct Cost: ¥15,000,000、Indirect Cost: ¥4,500,000)
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| Keywords | ブレイン・マシン・インターフェース / 脳可塑性 / 磁気共鳴画像 / 回復曲線 / 脳卒中片麻痺 / 可塑性 / 神経機能再生 / 体性感覚運動野 / 頭皮脳波 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究計画では、標的脳領域に選択的に作用する次世代型BMI技術を脳卒中後の臨界期に経日的に適用して、機能代償回路の形成をガイダンスすることに挑戦し、機能回復臨界期が外因的に延長・増大できることを明らかにする。また、その過程で安静時機能結合MRIを計測し、傷害脳の回復期に誘導できる可塑的変化量を同定する。また、運動機能スコアへの利得を算出し、脳卒中後の機能回復臨界期における潜在的回復量を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、承認を得た倫理申請内容に基づいてブレイン・マシン・インターフェース（Brain-Machine Interface, 以後BMI）を用いた一側手指ハンドグリップ想起課題の介入試験を実施して、頭皮脳波および磁気共鳴画像を取得して、機能代償回路の形成をガイダンスし分析するための至適な介入量と解析パイプラインの同定を試みた。当初想定では、過去の経験に基づいて、60分程度の反復的なBMI介入を2週間ほど介入する設定であったが、実験効率を優先してこれを短縮してトライアルした結果、最終的には30分間の単回介入であっても運動関連脳領域（灰白質領域）および皮質脊髄路（白質領域）に部位特異的な構造変化を誘導することが確認できた。この予備的検討の結果は学術成果として切り出して、一部追加実験結果を加えてCerebal Cortex誌への掲載に至った。
また、頭皮脳波に対する信号処理方法を改善させた結果、従来よりも高い感度で大脳皮質運動野の活動情報を読み出すことができるようになったことから、この技術を利用して脳梁を介した大脳半球間抑制の自己調整訓練をBMIで行えるのではないかと着想し、その検証を行なった。その結果、被験者はBMIを利用することで随意的な半球間抑制が調節できるようになり、経頭蓋磁気刺激法によってその生理学的裏付けを担保することに成功した。以上の成果はeLife誌に掲載に至った。
以上今年度は当初計画通り、BMIの継時的利用によって特定の脳回路の機能的、構造的な修飾をガイダンスするための手法を明らかにすることができ、想定以上の論文成果につなげることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
適切な形式と内容での倫理承認の獲得が完了し、脳構造、脳機能の修飾に至適な対象、介入量、解析パイプラインをブラッシュアップすることが当初計画のとおり実現したため。
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| Strategy for Future Research Activity |
脳卒中回復期へのBMI介入を推進し、その効果量を見極めることによって、従来の機能回復曲線を超えるような可塑性再開通が可能かどうか、初期的な有効性エビデンスの獲得を進める。その際に、今年度得られた至適な対象、介入量、解析パイプラインを活用し、一部脳卒中固有の特性を加味した変更を加えることで研究を成功に導く方策を取っていく。
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Report
(3 results)
Research Products
(4 results)
