Establishment of an electrophysiological biomarker in wide-band EEG of neurocritical care patients

• Project/Area Number: 19K23777
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0704:Neuroscience, brain sciences, and related fields
• Research Institution: Kobe University (2020); Kyoto University (2019)
• Principal Investigator: Togo Masaya 神戸大学, 医学部附属病院, 助教 (90704784)
• Project Period (FY): 2019-08-30 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2019: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: 意識障害 / 神経救急 / 低周波活動 / 高周波活動 / 脳波 / 超低周波活動 / 高周波律動 / 集中治療 / infraslow activity / 広域周波数脳波 / short infraslow activity

Outline of Research at the Start

神経救急患者において頭皮上脳波は予後やてんかん発作の予測に有用な手段だが、通常の脳波検査で得られる情報は十分ではなく、より正確な臨床判断に資する新しい検査技術が求められている。そこで本研究では、近年てんかん原性との関連が指摘されている高周波、低周波律動に着目し、神経救急患者の頭皮上脳波の低周波律動、高周波律動を解析し、どのような病態で律動を認めるか、律動と脳機能予後、発作との関連を検討する。また長時間脳波モニタリングによる、律動の時間的変容を、これまでの動物実験や単離神経細胞を用いた電気生理学的研究で得られている知見と比較検討し、これらの律動の発生機序についても検討する。

Outline of Final Research Achievements

We aimed to establish the role of low-frequency and high-frequency activities in predicting the seizure and the prognosis of brain function for patients with impaired consciousness.
The principal investigator has reported low-frequency activities named "short infraslow activity (SISA)." During this period, we revealed SISA was often low-amplitude or absent when caused by anesthetics or metabolic encephalopathy, although SISA was high-amplitude in patients with anoxic encephalopathy. It was shown that the amplitude of SISA was significantly higher in cases with acute symptomatic seizures. It has also been reported that low-frequency activity appeared in association with the neurological symptoms after revascularization of Moyamoya disease and internal carotid artery stenosis. These results highlighted the clinical significance of low-frequency activity in patients with impaired consciousness.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

重症患者のおける脳波モニタリングは、非けいれん性てんかん重積などの検出により患者の予後を改善することが報告され、近年注目されている。しかし古典的な脳波において計測される周波数帯域では、特に集中治療領域においててんかん発作の出現や予後について予測することが難しい状況も多い。このような状況で本研究により低周波活動を使用することで、発作や神経学的転帰の予測の可能性を示すことができた。今後も集中治療期の脳波を多施設共同研究で蓄積し、より幅広い病因による意識障害時の低周波律動、高周波律動の解析やsource modelingにより、引き続きこれらの活動の生理学的意義の探索と、臨床応用を目指していく。

Research Products

• [Journal Article] Electroencephalographic findings in Bickerstaff's brainstem encephalitis: A possible reflection of the dysfunction of the ascending reticular activating system. (2020)
  • Author(s): Yoshimura H, Togo M, Ishii J, Ishiyama H, Tamura R, Kimura M, et al.
  • Journal Title: Clinical Neurophysiology Practice. Volume: 6 Pages: 29-35
  • DOI: 10.1016/j.cnp.2020.11.004
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A case of refractory generalized atonic seizure and hemifacial spasm with the possible causative pontocerebellar lesion (2020)
  • Author(s): 十河 正弥, 井内 盛遠, 松本 理器, 澤本 伸克, 池田 昭夫, 髙橋 良輔
  • Journal Title: Rinsho Shinkeigaku Volume: 60 Issue: 5 Pages: 362-366
  • DOI: 10.5692/clinicalneurol.cn-001368
  • NAID: 130007847269
  • ISSN: 0009-918X, 1882-0654
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Engagement of cortico-cortical and cortico-subcortical networks in a patient with epileptic spasms: An integrated neurophysiological study (2020)
  • Author(s): Takeshi Inoue, Katsuya Kobayashi, Riki Matsumoto, Morito Inouchi, Masaya Togo, Jumpei Togawa, Kiyohide Usami, Akihiro Shimotake, Masao Matsuhashi, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Hisashi Kawawaki, Nobukatsu Sawamoto, Takeharu Kunieda, Susumu Miyamoto, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda
  • Journal Title: Clin Neurophysiol Volume: 131 Issue: 9 Pages: 2255-2264
  • DOI: 10.1016/j.clinph.2020.04.167
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 橋病変が脱力発作と半側顔面けいれん発作に関与したと診断した難治てんかん発作の一例 (2020)
  • Author(s): 十河正弥、井内盛遠、松本理器、澤本伸克、池田昭夫、髙橋良輔
  • Journal Title: 臨床神経学 Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High Amplitude, Short Infraslow Activity (SISA) With Burst Suppression Could Be Closely Related To Acute Seizures In Comatose Patients. (2019)
  • Author(s): Togo M, Hitomi T, Mimura N, Ohira J, Takeyama H, Shimotake A, Yoshimura H, Matsuhashi M, Kawamoto M, Kohara N, Takahashi R.
  • Journal Title: Epilepsia Volume: 60 Pages: 145-146
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A score to map the lateral non-primary motor area: multi-spectrum intrinsic brain activity vs. cortical stimulation (2019)
  • Author(s): Shuichiro Neshige, Katsuya Kobayashi, Masao Matsuhashi, Masaya Togo, Mitsuhiro Sakamoto, Akihiro Shimotake, Takefumi Hitomi, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Riki Matsumoto, Hirofumi Maruyama, Ryosuke Takahashi, Susumu Miyamoto, Akio Ikeda
  • Journal Title: Epilepsia Volume: 60 Issue: 11 Pages: 2294-2305
  • DOI: 10.1111/epi.16367
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cavernous sinus meningioma with the involvement of the medial sphenoidal wing mimicking hypertrophic pachymeningitis (2019)
  • Author(s): Togo Masaya、Yoshimura Hajime、Ohira Junichiro、Funakoshi Yusuke、Tani Shoichi、Hara Shigeo、Sakai Nobuyuki、Kohara Nobuo
  • Journal Title: Neurology and Clinical Neuroscience Volume: 7 Issue: 6 Pages: 365-366
  • DOI: 10.1111/ncn3.12324
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 代謝性・中毒性脳症の脳波：判読の現状と展望 (2021)
  • Author(s): 十河 正弥, 松本 理器
  • Organizer: 第35回神経救急学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] Modification of effective connectivity strength in interareal cortical networks from the seizure onset zone: a cortico-cortical evoked potential study (2021)
  • Author(s): Masaya Togo, Riki Matsumoto, Takuro Nakae, Katsuya Kobayashi, Kiyohide Usami, Akihiro Shimotake, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Masao Matsuhashi, Takeharu Kunieda, Susumu Miyamoto, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda
  • Organizer: The 13th Asian&Oceanian Epilepsy Congress
• [Presentation] Bickerstaff型脳幹脳炎における上行性網様体賦活系の障害に伴う脳波変化. (2020)
  • Author(s): 吉村 元, 十河 正弥, 石井 淳子, 比谷 里美, 乾 涼磨, 中澤 晋作, 木村 正夢嶺, 黒田 健仁, 角替 麻里絵, 石山 浩之, 前川 嵩太, 村上 泰隆, 藤原 悟, 尾原 信行, 川本 未知, 幸原 伸夫.
  • Organizer: 第50回日本臨床神経生理学会学術大会.
• [Presentation] もやもや病血流再建術後の過灌流神経症状と脳波変化との関連：超低域徐波の意義. (2020)
  • Author(s): 林 梢, 宇佐美 清英, 十河 正弥, 山尾 幸広, 下竹 昭寛, 舟木 健史, 人見 健文, 菊池 隆幸, 松橋 眞生, 吉田 和道, 宮本 享, 高橋 良輔, 池田 昭夫.
  • Organizer: 第50回日本臨床神経生理学会学術大会.
• [Presentation] 認知機能低下と高齢発症てんかんを合併した2例の神経心理学的特徴. (2020)
  • Author(s): 森本 耕平, 立花 久嗣, 岡山 公宣, 十河 正弥, 上田 健博, 関口 兼司, 古和 久朋, 松本 理器.
  • Organizer: 第39回日本認知症学会学術集会.
• [Presentation] 難治部分てんかん患者における皮質間ネットワークの特徴と臨床所見との関連：皮質皮質間誘発電位を用いた検討. (2020)
  • Author(s): 十河 正弥, 松本 理器, 武山 博文, 小林 勝哉, 宇佐美 清英, 下竹 昭寛, 松橋 眞生, 菊池 隆幸, 吉田 和道, 國枝 武治, 宮本 享, 高橋 良輔, 池田 昭夫.
  • Organizer: 第50回日本臨床神経生理学会学術大会.
• [Presentation] ISA is associated with transient cortical dysfunction and hyperperfusion in Moyamoya disease (2020)
  • Author(s): Hayashi Kozue, Masaya Togo, Kiyohide Usami, Yukihiro Yamao, Akihiro Shimotake, Takefumi Hitomi, Takayuki Kikuchi, Masao Matsuhashi, Kazumichi Yoshida, Susumu Miyamoto, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda
  • Organizer: 第61回日本神経学会学術大会
• [Presentation] Characteristics of intercortical epileptic network in focal epilepsy patients: a cortico-cortical evoked potential study (2020)
  • Author(s): Masaya Togo, Riki Matsumoto, Nobutaka Mukae, Katsuya Kobayashi, Kiyohide Usami, Akihiro Shimotake, Takuro Nakae, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Masao Matsuhashi, Takeharu Kunieda, Susumu Miyamoto, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda
  • Organizer: 第61回日本神経学会学術大会
• [Presentation] High amplitude, short infraslow activity (SISA) with burst suppression could be closely related to acute seizures in comatose patients (2019)
  • Author(s): M. Togo , T. Hitomi , N. Mimura , J. Ohira , H. Takeyama , A. Shimotake , H. Yoshimura , M Matsuhashi , M. Kawamoto , N. Kohara , R. Takahashi , A. Ikeda
  • Organizer: 33rd International Epilepsy Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High amplitude, short infraslow activity (SISA) with burst suppression could be closely related to acute seizures in comatose or critical care patients (2019)
  • Author(s): M. Togo , T. Hitomi , N. Mimura , J. Ohira , H. Takeyama , A. Shimotake , H. Yoshimura , M Matsuhashi , M. Kawamoto , N. Kohara , R. Takahashi , A. Ikeda
  • Organizer: 第53回日本てんかん学会学術集会
• [Presentation] M. Togo , R. Matsumoto , A. Shimotake , T. Kobayashi , T. Nakae , T. Kikuchi , M. Matsuhashi , K. Yoshida , T. Kunieda , S. Miyamoto , R. Takahashi , A Ikeda (2019)
  • Author(s): Human motor control network as revealed by CCEP connectivity analysis of the negative motor area
  • Organizer: 第60回日本神経学会学術大会
• [Presentation] 亜急性発症のミオクロニーてんかんの一例 (2019)
  • Author(s): 十河正弥 , 戸島摩耶 , 錦織隆成 , 濱口敏和 , 下竹昭寛 , 木村公俊 , 岡田信久 , 當間圭一郎 , 眞木崇州 , 山門穂高 , 髙橋 良輔 , 池田 昭夫
  • Organizer: 第53回日本てんかん学会学術集会
• [Presentation] 運動、言語関連皮質における皮質間ネットワーク特性：皮質皮質間誘発電位を用いた検討 (2019)
  • Author(s): 十河正弥 , 松本理器 , 迎伸孝 , 武山博文 , 中江卓郎 , 小林勝哉 , 宇佐美清英 , 下竹昭寛 , 松橋眞生 , 菊池隆幸 , 吉田和道 , 國枝武治 , 宮本享 , 髙橋良輔 , 池田昭夫
  • Organizer: 第49回臨床神経生理学会学術集会
• [Book] Clinical Neuroscience (2021)
  • Author(s): 十河 正弥, 松本 理器.
  • Total Pages: 4
  • Publisher: 中外医学社
• [Book] てんかん、早わかり！ 診療アルゴリズムと病態別アトラス (2020)
  • Author(s): 十河 正弥, 松本 理器.
  • Total Pages: 8
  • Publisher: 南江堂
• [Book] 脳神経外科 (2020)
  • Author(s): 十河 正弥, 松本 理器.
  • Total Pages: 7
  • Publisher: 医学書院
• [Book] BRAIN and NERVE. (2020)
  • Author(s): 十河 正弥, 森本 耕平, 松本 理器.
  • Total Pages: 12
  • Publisher: 医学書院
• [Book] 脳神経外科（脳神経外科診療に役立つ薬物療法の知識） (2020)
  • Author(s): 十河正弥 , 松本理器
  • Total Pages: 6
  • Publisher: 医学書院
• [Book] BRAIN and NERVE（誤診しやすい脳波所見:「南半球」のてんかん性放電と正常亜型） (2020)
  • Author(s): 十河正弥 , 森本耕平 , 松本理器
  • Total Pages: 12
  • Publisher: 医学書院
• [Book] てんかん診療の最前線（硬膜下電極記録） (2019)
  • Author(s): 十河 正弥 , 松本 理器
  • Total Pages: 1
  • Publisher: 日本医師会
• [Book] 医薬品副作用学（第3版）（抗てんかん薬） (2019)
  • Author(s): 十河 正弥 , 池田 昭夫
  • Total Pages: 7
  • Publisher: 日本臨牀社