側頭葉における漢字処理の機能解剖連関の解明

• Project/Area Number: 22K07537
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 52020:Neurology-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 下竹 昭寛 京都大学, 医学研究科, 助教 (80726000)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 漢字 / 側頭葉 / 皮質脳波 / 機能結合 / 機能可塑性

Outline of Research at the Start

日本語は形態素文字の漢字と音節文字の仮名が併存する特異な言語で、脳内での機能部位は脳損傷研究を中心に研究されるが、詳細な機能野の分布は明らかではない。漢字の処理の中心である側頭葉内にてんかん外科術前評価に硬膜下電極を留置した患者において漢字の読字書字に関連した課題下で事象関連電位測定と皮質電気刺激介入による精神物理的評価を行う。また電気的白質線維追跡を用い関連する領野間の脳機能結合地図を作成する。術前後の経時的神経心理検査と切除病変との対応から機能回復の変容・機能可塑性を解明する。漢字読字・書字機能システムマッピングから、側頭葉内の文字の処理（視覚・意味・音韻）に関わる機能解剖連関を解明する

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、漢字の読字・書字の機能に着目し、関連するとされる側頭葉内腹側部との対応の解明のため研究を推進した。術前評価に硬膜下電極を慢性留置した難治てんかん外科患者で研究に同意を得た者を対象とした。呼称課題の皮質脳波記録から、意味処理に関連した側頭葉・後方領域での情報処理の方向が生物・非生物で異なることを発表した（論文発表）。呼称課題脳波記録を用いたデコーディング解析により側頭葉前方領域の周波数と意味処理機能の対応を発表した(国際学会発表)。漢字読みに関連する類義語判断課題を用いた皮質脳波記録により側頭葉前方領域の意味処理機能の重要性を明らかにした（国内学会発表）。電極留置中のビデオ記録から日常内での読み動作時脳波律動を用いる自然行動解析に着手、発表した（国内学会発表）。側頭葉内の記憶に関係する機能解剖についてFDG-PETによる解析にて明らかにした（国内学会発表）。SALA失語症検査をもとに作成した漢字・仮名の読み課題下の高頻度皮質電気刺激介入による言語優位半球側頭葉の底部の前後方向の機能勾配について発表した（国際学会発表、論文投稿準備中）。関連する領野間の脳機能結合地図の作成のため、電気的白質線維追跡法（皮質皮質間誘発電位 CCEP）によるネットワークマッピングの症例を解析した。難治側頭葉てんかん患者11例のにおいて、側頭葉前方領域の切除前・後 1週間、1か月、6か月、1年と経時的な漢字読字・書字を含む神経心理課題を行い、正答率およびエラー内容の検討し、特に漢字の書字・読字は側頭葉前方領域の意味記憶に基づくことを明らかにし、論文準備を進めている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

以下の研究3項目A-Cを目的にかかげ研究を推進した。
A. 漢字の読字・書字の脳内領野の必須機能部位同定:：硬膜下電極留置の患者において、SALA失語症検査をもとに作成した漢字・仮名の読み課題下の高頻度皮質電気刺激介入による言語優位半球側頭葉の底部の前後方向の機能勾配について国際学会にて発表し、論文準備中である。電極留置中のビデオ記録から日常内での読み動作時脳波律動を用いる自然行動解析に着手、国内学会にて発表を行った。漢字読みに関連する類義語判断課題を用いた皮質脳波記録により側頭葉前方領域の意味処理機能の重要性を明らかにし、国内学会にて発表した。呼称課題下の皮質脳波データのデコーディング解析により、高ガンマ律動が側頭葉前方領域で意味処理に関わることを示し国際学会にて発表した。
B. 関連領野間の機能的結合地図作成：漢字の読字・書字に関連する皮質間の機能的結合の結合地図作成を推進し、症例を蓄積している。言語優位側の側頭葉後方領域の底部と外側部の生物・非生物に関係する機能的結合について論文発表した。
C. 漢字読字・書字関連機能の回復機構・脳機能可塑性の解明：漢字の読字・書字機能について、難治性側頭葉てんかん外科術後に経時的(1週間、1か月、6か月、1年)に評価を行い、回復の変容・脳機能可塑性について、研究を推進した。てんかん外科症例の前部側頭葉切除前後における漢字の書字・読字関連の脳機能含む意味記憶の機能代償機構について論文準備を進めている。
研究計画の上記3研究項目それぞれで、研究実績に具体的に示したように、研究計画にそって、症例蓄積およびデータ解析、学会発表を順次行っている。

Strategy for Future Research Activity

以下の研究3項目A-Cを目的にかかげ研究を引き続き推進する。
A. 漢字の読字・書字の脳内領野の必須機能部位同定：
硬膜下電極留置の側頭葉てんかん焦点患者において、漢字の読字・書字、日本語文章読みの課題を新規作成・施行する。課題中の①皮質脳波律動を直接記録し、誘発反応を認める電極の探索から機能関連領野を同定、②高頻度皮質電気刺激による詳細な機能評価(=必須部位同定)を行う。高頻度皮質電気刺激介入では課題遂行の状態を計測し、精神物理的評価（正答率・反応時間・エラーの内容）による定量的解析を行う。事象関連誘発電位のデータは、加算波形解析、認知関連の高周波γ活動解析に加え、デコーディング手法を用いて脳活動と相関する漢字・仮名読み機能構成要素を推定する。電極留置中のビデオ記録からの日常の読字・書字動作時の脳波律動を用いる自然行動解析を進める。
B. 関連領野間の機能的結合地図作成：各種皮質活動が計測された皮質に低頻度皮質刺激(1Hz)を与え、皮質間伝播を介した誘発電位（CCEP）の隣接・遠隔皮質の分布から、側頭葉内の関連領野間、特に底面・外側との機能的結合を明らかにし、機能野結合地図を優れた空間解像度で同定する。
C. 漢字読字・書字関連機能の回復機構・脳機能可塑性の解明：側頭葉てんかん外科術前・術後において、神経心理課題、術後に経時的に定量評価し、機能回復の変容・脳機能可塑性までを明らかにする。術前・術後において、神経心理課題、解剖的MRIを行い、側頭葉の切除皮質の脳機能を推定する。術後経時的に評価を行い、機能回復の変容・脳機能可塑性を明らかにする。
A、B、Cで得られた電気生理学的・神経画像的結果は標準脳座標上へco-registrationして集約、データを統合し可視化する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] MRC Cognition and Brain Sciences Unit(英国)
• [Journal Article] The dynamics of cortical interactions in visual recognition of object category: living versus nonliving (2022)
  • Author(s): Kiyohide Usami, Riki Matsumoto, Anna Korzeniewska, Akihiro Shimotake, Masao Matsuhashi, Takuro Nakae, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Ryosuke Takahashi, Nathan E Crone, Akio Ikeda
  • Journal Title: Cerebral Cortex Volume: Online ahead of print Issue: 9 Pages: 5740-5750
  • DOI: 10.1093/cercor/bhac456
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [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] Secondary motor areas for response inhibition: an epicortical recording and stimulation study (2022)
  • Author(s): Hirofumi Takeyama, Riki Matsumoto, Kiyohide Usami, Takuro Nakae, Akihiro Shimotake, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Susumu Miyamoto, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda
  • Journal Title: Brain Commun Volume: 4 Issue: 4
  • DOI: 10.1093/braincomms/fcac204
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 一側の側頭葉てんかん患者の徐波睡眠期脳波における徐波活動の電極間コヒーレンスの側方性：焦点側同定への試み (2022)
  • Author(s): 十川 純平, 松橋 眞生, 宇佐美 清英, 小林 勝哉, 下竹 昭寛, 尾谷 真弓, 戸島 麻耶, 人見 健文, 髙橋 良輔, 池田 昭夫
  • Organizer: 第52回日本臨床神経生理学会学術大会
• [Presentation] 従来の定位手術手技によるSEEG留置 ロボットを用いた手技との共通点と相違点 (2022)
  • Author(s): 菊池隆幸，山尾幸広，小林勝哉，稲田拓，下竹昭寛，松本理器，國枝武治，池田昭夫，宮本享
  • Organizer: 第52回日本臨床神経生理学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] Triangulating the neural cornerstones of reading: Within-participant contrastive dissociations induced by direct cortical stimulation (2022)
  • Author(s): Masako Daifu-Kobayashi, Riki Matsumoto, Akihiro Shimotake, Makiko Ota, Mitsuhiro Sakamoto, Katsuya Kobayashi, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Susumu Miyamoto, Ryosuke Takahashi, Matthew A. Lambon Ralph, Akio Ikeda
  • Organizer: American Epilepsy Society 2022 Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [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学術大会
• [Presentation] てんかん外科治療適応の効率的スコアの試み：特異度重視の簡便合意的なSpecific Consistency Score (SCS) (2022)
  • Author(s): 戸島 麻耶, 下竹 昭寛, 音成 秀一郎, 岡田 直, 小林 勝哉, 宇佐美 清英, 松橋 眞生, 吉田 健司, 伏見 育崇, 山尾 幸広, 菊池 隆幸, 吉田 和道, 行木 孝夫, 松本 理器, 國枝 武治, 髙橋 良輔, 宮本 享, 池田 昭夫
  • Organizer: 第18回日本てんかん学会近畿地方会
• [Presentation] Specific Consistency Score (SCS) for epilepsy surgery candidates (2022)
  • Author(s): Maya Tojima, Akihiro Shimotake, Shuichiro Neshige, Tadashi Okada, Katsuya Kobayashi, Kiyohide Usami, Masao Matsuhashi, Takeshi Yoshida, Yasutaka Fushimi, Yukihiro Yamao, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takao Namiki, Riki Matsumoto, Takeharu Kunieda, Ryosuke Takahashi, Susumu Miyamoto, Akio Ikeda
  • Organizer: 16th Asian Epilepsy Surgery Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Specific Consistency Score (SCS) for epilepsy surgery candidates: Approaches for a simple and useful score for indicating epilepsy surgery (2022)
  • Author(s): Maya Tojima, Akihiro Shimotake, Shuichiro Neshige, Tadashi Okada, Katsuya Kobayashi, Kiyohide Usami, Masao Matsuhashi, Takeshi Yoshida, Yasutaka Fushimi, Yukihiro Yamao, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takao Namiki, Riki Matsumoto, Takeharu Kunieda, Ryosuke Takahashi, Susumu Miyamoto, Akio Ikeda
  • Organizer: 14th Asian and Oceanian Epilepsy Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 類義語判断課題による側頭葉前方底部の意味処理機能マッピング (2022)
  • Author(s): 下竹 昭寛, 小林 勝哉, 宇佐美 清英, 山尾 幸広, 菊池 隆幸3), 松橋 眞生, 國枝 武治, 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学術大会
• [Presentation] 教育講演14 脳波の基礎 (2022)
  • Author(s): 下竹 昭寛
  • Organizer: 第52回日本臨床神経生理学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] 側頭葉てんかん患者における記憶機能の18F-FDG-PETによる解剖学的検討 (2022)
  • Author(s): 三村 直哉, 下竹 昭寛, 戸島 麻耶, 十川 純平, 坂本 光弘, 村井 智彦, 伏見 育崇, 岡田 知久, 島 淳, 澤本 伸克, 髙橋 良輔 池田 昭夫
  • Organizer: 第52回日本臨床神経生理学会学術大会
• [Presentation] 自然動作下でのスマートフォン操作時における皮質脳波解析を用いた言語マッピング (2022)
  • Author(s): 高村伶, 中江幹, 岡田直，下竹昭寛，松橋眞生, 池田昭夫 高橋良輔
  • Organizer: 第63回日本神経学会学術大会
• [Presentation] Human grid electrode ECoG reveals that local neural activity in anterior temporal cortex expresses semantic information (2022)
  • Author(s): Saskia L. Frisby, Ajay D.Halai, Christopher R.Cox, Alex Clarke, Akihiro Shimotake, Takayuki Kikuchi, Takeharu Kuneida, Susumu Miyamoto, Ryosuke Takahashi, Riki Matsumoto, Akio Ikeda, Matthew A.Lambon Ralph, Timothy T.Rogers
  • Organizer: the Fourteenth Annual Meeting of Society for the Neurobiology of Language (SNL 2022)
  • Int'l Joint Research