Swallowing-related neuromodulation for recovery from dysphagia

• Project/Area Number: 21K16629
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 56010:Neurosurgery-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 橋本 洋章 大阪大学, 大学院医学系研究科, 招へい教員 (50770674)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 嚥下関連脳活動 / 口腔顔面領域脳活動 / 周波数解析 / High γ活動 / Phase-amplitude coupling / 嚥下 / 頭蓋内脳波 / 頭蓋内電極 / てんかん / 嚥下障害 / ニューロモデュレーション / 脳律動解析 / 脳活動解読

Outline of Research at the Start

嚥下(飲み込み)機能障害は高齢者だけでなく脳神経を患う患者にも合併し、誤嚥性肺炎という肺炎を引き起こすことで患者の生命に大きく影響する。嚥下障害はリハビリテーションや食べ物の形の工夫などで対応されているが、根治療法はない。超高齢社会の日本では今後、嚥下障害者数の増加が見込まれているものの、生命に大きく影響する嚥下障害に対し根本的な治療法・対処法がないことが深刻な問題である。そこで脳神経外科手術により留置される頭蓋内電極を用いて嚥下に関連した脳活動を解析し、嚥下機能回復に寄与する新たなニューロモデュレーション手法(神経調整手法)を確立することを目的に本研究を立案した。

Outline of Annual Research Achievements

頭蓋内電極を用いて計測された嚥下関連の頭蓋内脳波データーを継続的に解析を行なった。また、パーキンソン病に対する脳深部刺激療法(DBS)時に計測された微小電極記録(MER)データベース(合計195例)を用いて、周波数解析を継続的に行なっている。令和5年度は、主に前年度までに計測された脳信号を用いて周波数解析を行ない、今後も継続して行なっていく。
研究結果の発信に関しては、2023年5月27日に開催された国際学会であるISACM and JBBS 2023において嚥下に関連した脳活動やそれを用いたニューロモディレーションの可能性について発表し、参加者と議論をすることができた。また2023年10月19日に開催された第56回日本てんかん学会学術集会において周波数カップリングについて発表し、優秀口演賞を受賞した。最後に、2023年12月2日に開催された第53回日本臨床神経生理学会学術大会のワークショップ内でMATLABを用いた頭蓋内脳波解析、という演題で発表を行い、これまでの方法論を発表し、参加者と共有することができた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

解析すべき脳活動のデータベースを作成し、継続して解析を行っている。また得られた結果についても学会で発表を行い、参加者と意見交換を行えている。

Strategy for Future Research Activity

嚥下ニューロモデュレーション実現に必須な脳活動解読方法を回帰型ニューラルネットワーク（RNN）の手法などを用いて確立していく。

Research Products

• [Journal Article] The association between diffusion-weighted imaging-Alberta Stroke Program Early Computed Tomography Score and the outcome following mechanical thrombectomy of anterior circulation occlusion (2023)
  • Author(s): Hashimoto Hiroaki、Maruo Tomoyuki、Kimoto Yuki、Nakamura Masami、Fujinaga Takahiro、Nakamura Hajime、Ushio Yukitaka
  • Journal Title: Interdisciplinary Neurosurgery Volume: 33 Pages: 101758-101758
  • DOI: 10.1016/j.inat.2023.101758
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Burr hole locations are associated with recurrence in single burr hole drainage surgery for chronic subdural hematoma (2023)
  • Author(s): Hashimoto Hiroaki、Maruo Tomoyuki、Kimoto Yuki、Nakamura Masami、Fujinaga Takahiro、Ushio Yukitaka
  • Journal Title: World Neurosurgery: X Volume: 19 Pages: 100204-100204
  • DOI: 10.1016/j.wnsx.2023.100204
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Growth patterns and ratios of posterior cranial fossa structures in the Japanese pediatric population: a study utilizing CT scans (2023)
  • Author(s): Hashimoto Hiroaki、Takemoto Osamu、Chiba Yasuyoshi
  • Journal Title: Neuroradiology Volume: 65 Issue: 12 Pages: 1835-1844
  • DOI: 10.1007/s00234-023-03229-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Normal growth curve of choroid plexus in children: implications for assessing hydrocephalus due to choroid plexus hyperplasia (2023)
  • Author(s): Hashimoto Hiroaki、Takemoto Osamu、Nishimoto Keisuke、Moriguchi Gento、Nakamura Motoki、Chiba Yasuyoshi
  • Journal Title: Journal of Neurosurgery: Pediatrics Volume: 32 Issue: 6 Pages: 627-637
  • DOI: 10.3171/2023.7.peds23218
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Frequency band coupling with high-frequency activities in tonic-clonic seizures shifts from θ to δ band (2022)
  • Author(s): Hashimoto Hiroaki、Khoo Hui Ming、Yanagisawa Takufumi、Tani Naoki、Oshino Satoru、Hirata Masayuki、Kishima Haruhiko
  • Journal Title: Clinical Neurophysiology Volume: 137 Pages: 122-131
  • DOI: 10.1016/j.clinph.2022.02.015
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Masked diabetes insipidus in pituitary metastasis from breast cancer after thalamic biopsy: a case report (2022)
  • Author(s): Hashimoto Hiroaki、Maruo Tomoyuki、Nakamura Masami、Ushio Yukitaka、Hirata Masayuki、Kishima Haruhiko
  • Journal Title: Journal of Medical Case Reports Volume: 16 Issue: 1
  • DOI: 10.1186/s13256-021-03229-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Phase-amplitude coupling of ripple activities during seizure evolution with theta phase (2021)
  • Author(s): Hashimoto H, Khoo H M, Yanagisawa T, Tani N, Oshino S, Kishima H, Hirata M
  • Journal Title: Clin Neurophysiol Volume: Online ahead of print Issue: 6 Pages: 1243-1253
  • DOI: 10.1016/j.clinph.2021.03.007
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Swallowing‐related neural oscillation: an intracranial EEG study (2021)
  • Author(s): Hashimoto Hiroaki、Takahashi Kazutaka、Kameda Seiji、Yoshida Fumiaki、Maezawa Hitoshi、Oshino Satoru、Tani Naoki、Khoo Hui Ming、Yanagisawa Takufumi、Yoshimine Toshiki、Kishima Haruhiko、Hirata Masayuki
  • Journal Title: Annals of Clinical and Translational Neurology Volume: 8 Issue: 6 Pages: 1224-1238
  • DOI: 10.1002/acn3.51344
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Motor and sensory cortical processing of neural oscillatory activities revealed by human swallowing using intracranial electrodes (2021)
  • Author(s): Hashimoto Hiroaki、Takahashi Kazutaka、Kameda Seiji、Yoshida Fumiaki、Maezawa Hitoshi、Oshino Satoru、Tani Naoki、Khoo Hui Ming、Yanagisawa Takufumi、Yoshimine Toshiki、Kishima Haruhiko、Hirata Masayuki
  • Journal Title: iScience Volume: 24 Issue: 7 Pages: 102786-102786
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.102786
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Phase-amplitude coupling between infraslow and high-frequency activities well discriminates between the preictal and interictal states (2021)
  • Author(s): Hashimoto Hiroaki、Khoo Hui Ming、Yanagisawa Takufumi、Tani Naoki、Oshino Satoru、Kishima Haruhiko、Hirata Masayuki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Issue: 1 Pages: 17405-17405
  • DOI: 10.1038/s41598-021-96479-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 大阪母子医療センターにおける「あたまの形」外来 (2023)
  • Author(s): 橋本 洋章、中村 元紀、竹本 理、千葉 泰良
  • Organizer: 第72回日本小児神経学会近畿地方会
• [Presentation] Electrocorticographic approach to swallowing function (2023)
  • Author(s): Hiroaki Hashimoto, Masayuki Hirata, Haruhiko Kishima
  • Organizer: ISACM and JBBS 2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 頭位性斜頭でヘルメット矯正指示書を希望する群は斜頭グレードがより重度である (2023)
  • Author(s): 橋本 洋章、中村 元紀、竹本 理、千葉 泰良
  • Organizer: 第51回日本小児神経外科学会
• [Presentation] 焦点起始両側強直間代発作において高周波活動とカップリングする低周波帯域はθ帯域からδ帯域に移行する (2023)
  • Author(s): 橋本 洋章、クー・ウィミン、栁澤 琢史、谷 直樹, 押野 悟、平田 雅之、貴島 晴彦
  • Organizer: 第56回 日本てんかん学会学術集会
• [Presentation] 小児における脈絡叢体積の正常成長曲線: 脈絡叢過形成による水頭症評価への適応 (シンポジウム） (2023)
  • Author(s): 橋本 洋章、入里 直樹、竹本 理、千葉 泰良
  • Organizer: 日本脳神経外科学会 第82回学術総会
• [Presentation] 機械的血栓回収療法前後でDWI-ASPECTSに変化がないことは、前方循環主幹動脈閉塞症の良好な転帰に関連する (2023)
  • Author(s): 橋本 洋章、圓尾 知之、中村 元
  • Organizer: 第39回日本脳神経血管内治療学会学術集会
• [Presentation] MATLABを用いた頭蓋内脳波解析 (ワークショップ) (2023)
  • Author(s): 橋本洋章
  • Organizer: 第53回日本臨床神経生理学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] Normal Growth Curve of Choroid Plexus in Children: Implications for Assessing Hydrocephalus and Choroid Plexus Hyperplasia (2023)
  • Author(s): Hiroaki Hashimoto, Naoki Irizato, Osamu Takemoto, Yasuyoshi Chiba
  • Organizer: AASPN2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Infraslow活動と高周波活動間のPhase-amplitude couplingは発作に先行して出現する (2022)
  • Author(s): 橋本 洋章、クー・ウィミン、栁澤 琢史、谷 直樹、押野 悟、平田 雅之、貴島 晴彦
  • Organizer: 第55回 日本てんかん学会学術集会
• [Presentation] Phase-amplitude couplingの可視化：てんかん発作開始時に高周波活動はθ帯域とカップリングする (2022)
  • Author(s): 橋本 洋章、クー・ウィミン、栁澤 琢史、谷 直樹、押野 悟、平田 雅之、貴島 晴彦
  • Organizer: 第81回日本脳神経外科学会総会
• [Presentation] 大阪母子医療センターにおける迷走神経刺激療法 (VNS)治療経験 (2022)
  • Author(s): 橋本 洋章、西本 渓佑、森口 玄渡、竹本 理, 谷 直樹、貴島 晴彦、千葉 泰良
  • Organizer: 第71回日本小児神経学会近畿地方会
• [Presentation] 脳室腹腔シャント術中に急性硬膜下出血を起こし救命を要した一例 (2022)
  • Author(s): 橋本 洋章、森口 玄渡、千葉 泰
  • Organizer: 第39回日本こども病院神経外科医会
• [Presentation] 奨励賞受賞記念講演 頭蓋内電極を用いた高周波脳律動解析：嚥下関連生理的脳律動とてんかん発作関連病理的脳律動 (2022)
  • Author(s): 橋本 洋章、平田 雅之、貴島 晴彦
  • Organizer: 第52回日本臨床神経生理学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] シンポジウム：嚥下の頭蓋内脳波解析と嚥下のデコーディング (2022)
  • Author(s): 橋本 洋章、平田 雅之、貴島 晴彦
  • Organizer: 第52回日本臨床神経生理学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] 嚥下課題により明らかにされる運動・感覚関連神経処理機構の違い (2022)
  • Author(s): 橋本 洋章、平田 雅之、貴島 晴彦
  • Organizer: 第52回日本臨床神経生理学会学術大会
• [Presentation] 慢性硬膜下血腫再発予測因子の検討 (2022)
  • Author(s): 橋本 洋章、藤永 貴大、生塩 之敬、圓尾 知之
  • Organizer: 第45回日本脳神経外傷学会
• [Presentation] Percept PCを用いたSTN-DBS術後の脳律動変化解析 (2021)
  • Author(s): 橋本 洋章、圓尾 知之、藤永 貴大, 谷 直樹、平田 雅之、生塩 之敬、貴島 晴彦
  • Organizer: 日本脳神経外科学会第80回学術総会
• [Presentation] AI: its use the measurement of swallowing (2021)
  • Author(s): Hiroaki Hashimoto, Seiji Kameda, Hitoshi Maezawa, Satoru Oshino, Naoki Tani, Hui Ming Khoo, Takufumi Yanagisawa, Haruhiko Kishima, Masayuki Hirata
  • Organizer: 11th European Society for Swallowing Disorders (ESSD) Congress
  • Int'l Joint Research / Invited