Elucidation of the effects of vagus nerve stimulation (VNS) on cerebral blood flow and neural function in refractory epilepsy

• Project/Area Number: 16K10786
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Neurosurgery
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Maruo Tomoyuki 大阪大学, 医学系研究科, 招へい教員 (90533810)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 貴島 晴彦 大阪大学, 医学系研究科, 教授 (10332743) ; 押野 悟 大阪大学, 医学系研究科, 准教授 (40403050) ; 中村 元 大阪大学, 医学系研究科, 助教 (80533794)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2018: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2017: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2016: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: てんかん / 迷走神経刺激 / 脳血流 / 脳波 / 脳代謝 / てんかんモデル / 脳波解析 / VNS / 脳神経外科学 / 機能脳神経外科学

Outline of Final Research Achievements

In the present study, we established the method for creating models of acute and chronic generalized epilepsy and analyzed data to elucidate the effects of left vagus nerve stimulation on EEG, cerebral blood flow, and brain function and metabolism. The transient increase in cerebral blood flow induced by vagus nerve stimulation and the subsequent decrease in cerebral blood flow and metabolism after continued stimulation, as well as the marked decrease in epileptic waves, were confirmed with good reproducibility. This suggests that left vagus nerve stimulation contributes to the inhibition of seizure wave firing as well as the suppression of cerebral blood flow associated with seizure wave propagation. The results of this study will lead to the conditions for effective vagal nerve stimulation of refractory epilepsy and to the selection of effective treatment targets.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の結果は、発作につながる脳波変化時の局所血流変化と、非発作性てんかん性放電時の局所血流変化を捉え発作のトリガーや発作発現機序の解明の手がかりとなるものと考えられる。難治性てんかん治療に携わっている医療者にとって、薬物治療や手術でも治療に難渋する発作を呈する患者を多数経験している。今研究により、難治性てんかんに関する病態解明や治療法のさらなる開発の一助となることが期待できる。

Research Products

• [Journal Article] The Relationships Between Pain-Catastrophizing Subcomponents and Multiple Pain-Related Outcomes in Japanese Outpatients with Chronic Pain: A Cross-Sectional Study. (2019)
  • Author(s): Adachi T, Nakae A, Maruo T, Shi K, Maeda L, Saitoh Y, Shibata M, Sasaki J.
  • Journal Title: Pain Pract. Volume: 19(1) Issue: 1 Pages: 27-36
  • DOI: 10.1111/papr.12712
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Repetitive transcranial magnetic stimulation accuracy as a spinal cord stimulation outcome predictor in patients with neuropathic pain (2018)
  • Author(s): Shimizu T, Hosomi K, Maruo T, Goto Y, Shimokawa T, Haruhiko K, Saitoh Y.
  • Journal Title: Journal of Clinical Neuroscience Volume: 53 Pages: 100-105
  • DOI: 10.1016/j.jocn.2018.04.017
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Risk Factors for Postoperative Delirium After Deep Brain Stimulation Surgery for Parkinson's Disease (2018)
  • Author(s): Masataka Tanaka, Naoki Tani, Tomoyuki Maruo,Satoru Oshino, Koichi Hosomi, Youichi Saitoh, Haruhiko Kishima.
  • Journal Title: World Neurosurgery Volume: S1878-8750(18) Pages: 30491-1
  • DOI: 10.1016/j.wneu.2018.03.021
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Parkinson病に対するSTN-DBS low frequency 刺激の長期follow up (2018)
  • Author(s): 谷 直樹、押野 悟、細見 晃一、圓尾 知之、栁澤 琢史、後藤 雄子、田中 將貴、井上 洋、山本 祥太、橋本 洋章、齋藤 洋一、貴島 晴彦
  • Journal Title: 機能的脳神経外科 Volume: 57 Pages: 89-93
• [Journal Article] Stereotactic Lesioning of the Thalamic Vo Nucleus for the Treatment of Writer's Cramp (Focal Hand Dystonia). (2018)
  • Author(s): Shimizu T, Maruo T, Miura S, Kishima H, Ushio Y, Goto S.
  • Journal Title: Front Neurol. Volume: 26;9 Pages: 1008-1008
  • DOI: 10.3389/fneur.2018.01008
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The optimal stimulation site for high-frequency repetitive transcranial magnetic stimulation in Parkinson’s disease: A double-blind crossover pilot study (2018)
  • Author(s): Yokoe Masaru、Mano Tomoo、Maruo Tomoyuki、Hosomi Koichi、Shimokawa Toshio、Kishima Haruhiko、Oshino Satoru、Morris Shayne、Kageyama Yu、Goto Yuko、Shimizu Takeshi、Mochizuki Hideki、Yoshimine Toshiki、Saitoh Youichi
  • Journal Title: Journal of Clinical Neuroscience Volume: 47 Pages: 72-78
  • DOI: 10.1016/j.jocn.2017.09.023
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Navigation-assisted trans-inferotemporal cortex selective amygdalohippocampectomy for mesial temporal lobe epilepsy; preserving the temporal stem. (2017)
  • Author(s): Kishima H, Kato A, Oshino S, Tani N, Maruo T, Khoo HM, Yanagisawa T, Edakawa K, Kobayashi M, Tanaka M, Hosomi K, Hirata M1, Yoshimine T
  • Journal Title: Neurol Res Volume: 39(3) Issue: 3 Pages: 223-230
  • DOI: 10.1080/01616412.2016.1275458
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Efficacy of deep rTMS for neuropathic pain in the lower limb; a randomized, double-blinded, crossover trial of an H-coil and figure-8 coil. (2017)
  • Author(s): Shimizu T, Hosomi K, Maruo T, Goto Y, Yokoe M, Kageyama Y, Shimokawa T, Yoshimine T, Saitoh Y
  • Journal Title: J Neurosurg. Volume: 3 Issue: 5 Pages: 1-9
  • DOI: 10.3171/2016.9.jns16815
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Default mode network connectivity in patients with idiopathic normal pressure hydrocephalus (2016)
  • Author(s): Khoo HM, Kishima H, Tani N, Oshino S, Maruo T, Hosomi K, Yanagisawa T, Kazui H, Watanabe Y, Shimokawa T, Aso T, Kawaguchi A, Yamashita F, Saitoh Y, Yoshimine T
  • Journal Title: J Neurosurg. Volume: 124 Issue: 2 Pages: 350-358
  • DOI: 10.3171/2015.1.jns141633
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Respiratory Function Under Intrathecal Baclofen Therapy in Patients with Spastic Tetraplegia (2016)
  • Author(s): Kishima H, Yanagisawa T, Goto Y, Oshino S, Maruo T , Tani N, Khoo HM, Hosomi K, Hirata M,Yoshimine T
  • Journal Title: Neuromodulation Volume: 2 Issue: 6 Pages: 650-4
  • DOI: 10.1111/ner.12394
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrical stimulation of the parahippocampal gyrus for prediction of posthippocampectomy verbal memory decline (2016)
  • Author(s): Tani N, Kishima H, Khoo HM, Yanagisawa T, Oshino S, Maruo T, Hosomi K, Hirata M, Kazui H, Nomura KT, Aly MM, Kato A, Yoshimine T
  • Journal Title: J Neurosurg. Volume: 15 Issue: 5 Pages: 1-8
  • DOI: 10.3171/2015.7.jns15408
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Daily repetitive transcranial magnetic stimulation for post-stroke upper limb paresis in the subacute period (2016)
  • Author(s): Hosomi K, Morris S, Sakamoto T, Taguchi J, Maruo T, Kageyama Y, Kinoshita Y, Goto Y, Shimokawa T, Koyama T, Saitoh Y
  • Journal Title: J Stroke Cerebrovasc Dis. Volume: 25（7） Pages: 1655-1664
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Tourette syndromeに対して脳深部刺激療法（CM-Pf DBS)が有効であった1例 (2020)
  • Author(s): 圓尾知之、橋本洋章、木本優希、清水豪士、後藤 恵、生塩之敬
  • Organizer: 第59回日本定位・機能神経外科学会
• [Presentation] パーキンソン病に対するdirectional DBSの有効性と問題点 (2019)
  • Author(s): 圓尾知之、清水豪士、木本優希、生塩之敬、後藤恵、貴島晴彦
  • Organizer: 日本脳神経外科学会第78回学術総会
• [Presentation] 弓部大動脈人工血管置換術後に合併した左総頚動脈解離に対して頚動脈ステント術を施行した一例 (2019)
  • Author(s): 圓尾 知之、清水 豪士、三浦 慎平、生塩 之敬、中村 元、貴島 晴彦
  • Organizer: STROKE 2019
• [Presentation] パーキンソン病に対するcircular DBS と比較したdirectional DBSの有効性と問題点 (2019)
  • Author(s): 圓尾 知之、清水 豪士、三浦 慎平、後藤 惠、生塩 之敬
  • Organizer: 第58回日本定位・機能神経外科学会
• [Presentation] パーキンソン病に対する脳深部刺激術の周術期せん妄 (2018)
  • Author(s): 谷 直樹、田中 將貴、押野 悟、 細見 晃一、 圓尾 知之、 齋藤 洋一、貴島 晴彦
  • Organizer: 第32回日本のニューロモデュレーション学会
• [Presentation] Focal hand dystonia に対する広範な Vo-complex thalamotomy の治療成績 (2018)
  • Author(s): 清水 豪士、後藤惠、生塩 之敬、三浦慎平、貴島 晴彦、圓尾 知之
  • Organizer: 日本脳神経外科学会第77回学術集会
• [Presentation] 難治性疼痛に対する高頻度Burst刺激によるSCSの有効性 (2018)
  • Author(s): 圓尾 知之、清水 豪士、後藤 惠、生塩 之敬
  • Organizer: 第57回日本定位・機能神経外科学会
• [Presentation] SCS-BurstDR刺激の早期臨床経験 (2018)
  • Author(s): 圓尾 知之
  • Organizer: 第57回日本定位・機能神経外科学会
• [Presentation] SCSにおけるBrust DR刺激の有効性と臨床試験 (2018)
  • Author(s): 圓尾 知之、清水 豪士、後藤 惠、生塩 之敬
  • Organizer: 第57回日本定位・機能神経外科学会
• [Presentation] Parkinson病に対するSTN- DBS Low frequency刺激の長期follow up (2018)
  • Author(s): 谷 直樹、押野 悟、細見 晃一、圓尾 知之、栁澤 琢史、後藤 雄子、田中 將貴、井上 洋、山本 祥太、橋本 洋章、貴島 晴彦
  • Organizer: 第57回日本定位・機能神経外科学会
• [Presentation] 難治性疼痛に対する高頻度Burst刺激によるSCS有効性 (2018)
  • Author(s): 圓尾 知之、清水 豪士、後藤 惠、生塩 之敬
  • Organizer: 第57回日本定位・機能神経外科学会
• [Presentation] パーキンソン病に対する経頭蓋磁気刺激の最適部位の検討 (2017)
  • Author(s): 眞野 智生、横江 勝、圓尾 知之、細見 晃一、後藤 雄子、小仲 邦、押野 悟、貴島 晴彦、吉峰 俊樹、小林 康、齋藤 洋一
  • Organizer: 第56回 日本定位・機能神経外科学会
• [Presentation] ジストニアに対するＤＢＳおよび凝固術の治療効果と合併症 (2017)
  • Author(s): 圓尾知之、後藤 惠、菅野 皓文、生塩 之敬
  • Organizer: 第56回 日本定位・機能神経外科学会
• [Presentation] 機能神経外科でのボツリヌス毒素治療の現状 (2017)
  • Author(s): 押野悟、貴島晴彦, 平田雅之、圓尾知之、柳澤琢文、枝川光太郎、クーウィミン、清水豪士、井上洋、齋藤洋一、吉峰俊樹
  • Organizer: 第4回 日本ボツリヌス治療学会学術大会
• [Presentation] ジストニアに対するDBSの治療効果と合併症 (2016)
  • Author(s): 圓尾 知之
  • Organizer: 日本脳神経外科学会 第75回学術総会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2016-09-30
• [Presentation] 神経変性疾患に対するバクロフェン髄腔内持続投与治療の経験 (2016)
  • Author(s): 押野 悟、貴島 晴彦、細見 晃一、枝川 光太朗、柳澤 琢史、後藤 雄子、小林 真紀、田中 將貴、清水 豪士、谷 直樹、圓尾 知之、平田 雅之、齋藤 洋一、吉峰 俊樹
  • Organizer: 第30回 日本ニューモデュレーション学会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2016-05-07