Graph theoretical approach for neurological disorders with electrophysiological connectome

• Project/Area Number: 20K16575
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 52020:Neurology-related
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: Togo Masaya 神戸大学, 医学部附属病院, 助教 (90704784)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: コネクトーム / グラフ理論 / 高次脳機能 / 皮質皮質間誘発電位 / てんかん / ネットワーク / 誘発電位

Outline of Research at the Start

皮質・皮質間誘発電位（CCEP）は、難治てんかん焦点切除術のため頭蓋内電極を留置した症例において、皮質間結合を有向性に評価する電気的線維追跡法と位置づけられる。臨床的必要性に応じて施行されたCCEPデータから、電気生理的コネクトームを作成し、皮質の有する高次脳機能や、てんかん発作関連部位におけるネットワーク構造の特徴を明らかにする。本研究により、ヒト脳における神経ネットワーク内での各皮質のグラフ理論的構造特徴を解明し、さらに皮質機能や皮質切除後の機能障害、発作抑制等の臨床情報と合わせて検討することで、より確実にてんかん発作の伝播を阻害し、高次機能を保つことを可能にする臨床的指標の確立を目指す。

Outline of Final Research Achievements

We used intracranial electrodes to generate an electrophysiological connectome using cortico-cortical evoked potential (CCEP), an electrical fiber tracing method, to characterize higher cortical brain functions and network structures in seizure onset zones. The goal of the project was to clarify higher cortical brain functions and network structure characteristics in seizure onset zones. The results showed that the outbound/inbound features of higher-order functional areas and primary motor-sensory areas are different for both early latency （N1） evoked potentials and late latency (N2) evoked potentials , and that the amplitude of N2 potentials may be altered in the seizure focus. The amplitude of N2 potentials in the temporal lobe increased in the seizure focus, while the amplitude of N2 potentials in the other brain lobes remained unchanged. We also published the paper that showed differences in connectivity in the medial parietal lobe.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

脳機能、脳疾患において脳内のネットワーク構造は非常に重要であるが、臨床現場で脳のネットワーク構造の情報が治療に活用されることは少ない。本研究では難治てんかん患者で術前精査目的に頭蓋内電極を留置した症例において皮質皮質間誘発電位を用いて電気生理学的ネットワークを作成し、脳内ネットワークの構造と正常脳機能、てんかんの関連を解析した。結果、高次機能野ではネットワーク内の入出力数が低次の領域では異なること、また発作焦点では入出力強度が変容しやすいことを示した。本研究は脳のネットワークとしての理解を進め、ネットワークの観点からの発作焦点や高次機能野の同定、外科的手術における機能部位の温存に有用と考える。

Research Products

• [Journal Article] Cingulate seizure as a clinical manifestation of anti-MOG antibody-positive cerebral cortical encephalitis of two cases (2023)
  • Author(s): Tomoko Tanaka, Masaya Togo, Kiminobu Okayama, Norio Chihara, Takehiro Ueda, Kenji Sekiguchi, Riki Matsumoto
  • Journal Title: Rinsho Shinkeigaku Volume: -
• [Journal Article] Bilateral fusiform gyrus contusions after head injury on the left parietal region (2022)
  • Author(s): Koda Kazuma、Makino Ai、Yoshikawa Masaaki、Nishioka Hitomi、Okayama Kiminobu、Togo Masaya、Chihara Norio、Ueda Takehiro、Sekiguchi Kenji、Matsumoto Riki
  • Journal Title: Neurology and Clinical Neuroscience Volume: － Issue: 4 Pages: 229-230
  • DOI: 10.1111/ncn3.12600
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Persistent Hiccups Induced by Supratentorial Infarcts and Successful Treatment With a Combination of Perampanel and Baclofen: A Case Report (2022)
  • Author(s): Morita Kohei、Nuki Yoshitsugu、Hashizume Hiroya、Togo Masaya
  • Journal Title: Clinical Neuropharmacology Volume: 45 Pages: 135-138
  • DOI: 10.1097/wnf.0000000000000514
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Distinct connectivity patterns in human medial parietal cortices: evidence from standardized connectivity map using cortico-cortical evoked potential (2022)
  • Author(s): Masaya Togo, Riki Matsumoto, Kiyohide Usami, Katsuya Kobayashi, Hirofumi Takeyama, Takuro Nakae, Akihiro Shimotake, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Masao Matsuhashi, Takeharu Kunieda, Susumu Miyamoto, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda
  • Journal Title: Neuroimage Volume: Online ahead of print. Pages: 119639-119639
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2022.119639
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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
• [Presentation] Distinct connectivity patterns in human medial parietal cortices: evidence from standardized connectivity map using cortico-cortical evoked potential. (2022)
  • Author(s): Masaya Togo, Riki Matsumoto, Kiyohide Usami, Katsuya Kobayashi, Hirofumi Takeyama, Takuro Nakae, Akihiro Shimotake, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Masao Matsuhashi, Takeharu Kunieda, Susumu Miyamoto, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda
  • Organizer: American Epilepsy Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Excitatory/inhibitory balance to and from the seizure onset zone varies among different lobes in epilepsy (2022)
  • Author(s): Masaya Togo, Riki Matsumoto, Katsuya Kobayashi, Takuro Nakae, Naoya Mimura, Mayumi Otani, Kiyohide Usami, Akihiro Shimotake, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Masao Matsuhashi, Takeharu Kunieda, Susumu Miyamoto, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda
  • Organizer: 第63回日本神経学会
• [Presentation] 皮質皮質間誘発電位(CCEP)のN2電位は安静時fMRI機能的結合性と相関する：Human Connectome Project（HCP）データベースとの比較研究 (2022)
  • Author(s): 十河正弥, 林拓也, 麻生俊彦, 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, 松本理器, 池田昭夫
  • Organizer: 第52回日本臨床神経生理学会
• [Presentation] 大学病院での長時間ビデオ脳波モニタリング検査立ち上げの経験 (2022)
  • Author(s): 十河正弥, 岡山公宣, 的場健人, 森本耕平, 武田早紀, 植松 美和, 中西のりこ, 堺 亜香, 中谷 真子, 廣田 大, 千原 典夫, 藤本陽介, 篠山隆司, 松本理器
  • Organizer: 第18回てんかん学会近畿地方会
• [Presentation] 脳神経内科医からみた ICU脳波の面白さ、可能性 (2022)
  • Author(s): 十河正弥
  • Organizer: 第52回日本臨床神経生理学会
  • Invited
• [Presentation] 右前頭葉焦点切除術後に歩行開始で誘発される強直発作が出現した難治性焦点てんかんの一例 (2022)
  • Author(s): 芦崎太一朗, 十河正弥, 宇田有希, 木村正夢嶺, 的場健人, 古東秀介, 千原典夫, 関口兼司, 松本理器
  • Organizer: 第124回日本神経学会近畿地方会
• [Presentation] もやもや病血行再建術後の過灌流神経症状と低周波脳波変化との関連 (2022)
  • 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, 髙橋良輔, 池田昭夫
  • Organizer: 第52回日本臨床神経生理学会
• [Presentation] 非痙攣性てんかん重積状態でのelectrographic seizure は 予後良好因子となりうる (2022)
  • Author(s): 甲田 一馬, 十河 正弥, 岡山 公, 千原 典夫, 上田 健博, 関口 兼司, 影山 恭史, 松本 理器
  • Organizer: 第55回日本てんかん学会
• [Presentation] Electrographic seizures can be associated with relatively better outcomes than other EEG findings in NCSE (2022)
  • Author(s): Kazuma Koda, Masaya Togo, Kiminobu Okayama, Norio Chihara, Kenji Sekiguchi, Takehiro Ueda, Riki Matsumoto
  • Organizer: 第63回日本神経学会
• [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: 第13回アジアオセアニアてんかん学会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Characteristics of intercortical networks created with late cortico-cortical evoked potential (2021)
  • Author(s): 十河 正弥, 松本 理器, 中江 卓郎, 小林 勝哉, 宇佐美 清英, 下竹 昭寛, 菊池 隆幸, 松橋 眞生, 國枝 武治, 宮本 享, 髙橋 良輔, 池田 昭夫
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
• [Presentation] Connectivity strength modification in interareal cortical networks from the seizure onset zone: a cortico-coritical evoked potential study (2021)
  • Author(s): 十河 正弥, 松本 理器, 中江 卓郎, 小林 勝哉, 宇佐美 清英, 下竹 昭寛, 菊池 隆幸, 松橋 眞生, 國枝 武治, 宮本 享, 髙橋 良輔, 池田 昭夫
  • Organizer: 第54回日本てんかん学会
• [Presentation] Two cases with acute symptomatic seizures arising from cingulate cortex due to anti-myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG) antibody-positive cerebral cortical encephalitis (2021)
  • Author(s): Tomoko Tanaka, Masaya Togo, Norio Chihara, Takehiro Ueda, Kenji Sekiguchi, Riki Matsumoto
  • Organizer: 第13回アジアオセアニアてんかん学会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Characteristics of spatial distributions of epileptic discharges in temporal lobe epilepsy with amygdala enlargement (TLE-AE) (2021)
  • Author(s): Sayaka Akazawa, Masaya Togo, Kohei Morimoto, Kento Matoba, Kiminobu Okayama, Norio Chihara, Takehiro Ueda, Kenji Sekiguchi, Riki Matsumoto
  • Organizer: 第13回アジアオセアニアてんかん学会
  • Int'l Joint Research
• [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回日本神経救急学会学術集会
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 側頭葉底面言語野の機能解剖：皮質電気刺激マッピング結果の統計学的検討. (2021)
  • Author(s): 的場 健人, 松本 理器, 下竹 昭寛, 中江 卓郎, 今村 久司, 十河 正弥ら
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
• [Presentation] Characteristics of intercortical networks created with late cortico-cortical evoked potential (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: 第62回日本神経学会学術大会.
• [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] 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回日本神経救急学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] ヒト一次運動感覚野と高次運動/言語皮質における皮質間ネットワークの特徴の差異：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, 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44回日本神経科学大会.
• [Presentation] Characteristics of the intercortical epileptic network: a cortico-cortical evoked potential study. (2020)
  • Author(s): 十河 正弥, 松本 理器, 迎 伸孝 小林 勝哉, 宇佐美 清英, 下竹 昭寛, 中江 卓郎, 菊池 隆幸, 吉田 和道, 松橋 眞生, 國枝 武治, 宮本 享, 髙橋 良輔, 池田 昭夫.
  • Organizer: 第61回日本神経学会学術大会.
• [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] 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.
• [Book] 1ページでわかる内科疾患の診療ノート (2022)
  • Author(s): 十河正弥、松本理器
  • Total Pages: 4
  • Publisher: 南江堂
• [Book] 神経疾患の治療の進歩（2021） (2022)
  • Author(s): 十河正弥、松本理器
  • Total Pages: 4
  • Publisher: 日本神経治療学会
• [Book] 神経疾患治療の進歩（機能性疾患の治療の進歩） (2021)
  • Author(s): 十河正弥, 松本理器
  • Total Pages: 2
  • Publisher: 日本神経治療学会
• [Book] 〈講座 精神疾患の臨床〉第６巻『てんかん 睡眠・覚醒障害』 (2021)
  • Author(s): 十河正弥, 松本理器
  • Total Pages: 5
  • Publisher: 中山書店
• [Book] 1ページでわかる内科疾患の診療ノート (2021)
  • Author(s): 十河正弥, 松本理器
  • Total Pages: 2
  • Publisher: 南江堂
• [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