運動野に可塑性を誘導する新規非侵襲的脳刺激法の開発：その神経基盤と臨床応用

• Project/Area Number: 23K24718
• Project/Area Number (Other): 22H03460 (2022-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2022-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 59010:Rehabilitation science-related
• Research Institution: Fukuoka International University of Health and Welfare
• Principal Investigator: 中薗 寿人 福岡国際医療福祉大学, 医療学部, 准教授 (70814771)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 光武 翼 佐賀大学, 医学部, 特任准教授 (00779712) ; 飛松 省三 福岡国際医療福祉大学, 医療学部, 教授 (40164008) ; 緒方 勝也 国際医療福祉大学, 福岡薬学部, 教授 (50380613)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥16,770,000 (Direct Cost: ¥12,900,000、Indirect Cost: ¥3,870,000); Fiscal Year 2025: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2023: ¥13,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000、Indirect Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: 経頭蓋交流電気刺激 / 神経振動 / 経頭蓋磁気刺激 / 神経可塑性 / 一次運動野 / 可塑性

Outline of Research at the Start

経頭蓋交流電気刺激(tACS)は微弱な交流電気刺激を行うことで，大脳皮質に内在する神経振動を同調する効果があるとされる．これまでの研究で，tACSの特定の位相に反復ペアパルス経頭蓋磁気刺激(rPPS)を組合せることで，一次運動野に可塑的効果(持続的な興奮性の増大効果)を誘導することを明らかにしてきた．本研究では，このtACSとrPPSの組合せ刺激の効果について，その神経基盤を明らかにし，臨床応用の可能性を検討する．
さらに，tACS以外にも神経振動を調整する最適な非侵襲的脳刺激手法を検討し，より効果的な組合せ刺激の開発を行っていく．

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，一次運動野(M1)に対する反復ペアパルス経頭蓋磁気刺激(rPPS)と経頭蓋交流電気刺激(tACS)の組合せ刺激の効果について，その神経基盤を明らかにすることを目的とする．本年度は，健常成人を対象として，組合せ刺激の効果を単発の経頭蓋磁気刺激(TMS)あるいは2連発TMSによる運動誘発電位(MEP)を基に評価した．2連発TMSは，短潜時皮質内抑制(SICI)，皮質内促通(ICF)と短潜時皮質内促通(SICF)，そして正中神経への電気刺激後にTMS刺激を行う短潜時求心性抑制(SAI)を計測した．組合せ刺激は，20 Hz tACSの90°の位相にrPPSの刺激を組合せるrPPS + tACS，rPPSとsham tACSを組合せるrPPS + sham tACS(rPPS単独)，tACS単独の3条件とした．組合せ刺激と2連発TMSの刺激の制御は本年度購入したパソコンやケーブルを用いて研究環境を構築し，計測を行っている．
また，本年度はtACSの位相効果の機序を明らかにするため，交流前庭電気刺激(AC-GVS)と小脳tACSの組合せ刺激の効果を検討した．AC-GVSと小脳tACSの交流電気刺激の位相を0°の位相差で刺激する同位相刺激と，180°の位相差で刺激する逆位相刺激を用いて，歩行機能に対する前庭－小脳機能のネットワークの影響を検討した．評価として，AC-GVSは刺激による周期的な体動を誘発するが，歩行イメージの有無でこの刺激による体動が変化するかを検討した．その結果，AC-GVSと小脳tACSの同位相刺激では，歩行イメージ時の体動が有意に増大した．この歩行イメージ特異的な効果は，逆位相刺激やsham刺激では誘導されなかった．このことから，同位相刺激では前庭－小脳ネットワークが同期することで歩行機能を調整できる可能性があり，tACSの位相は離れた脳領域での神経振動の調整にも重要であることが示された.この結果は，国際雑誌に掲載された(Nakazono et al. Frotiers in Neuroscienece 2022)．

Current Status of Research Progress

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

Reason

rPPSとtACSの組合せ刺激の効果は，単発と2連発TMS刺激を用いて計測を開始しており，順調に研究が進展している．また，AC-GVSと小脳tACSの組合せ刺激の効果についても検討し，国際雑誌に掲載された．

Strategy for Future Research Activity

2連発TMSによるtACSとrPPSの組合せ刺激の効果機序の検討では，解析を進め日本臨床神経神経生理学会にて発表するとともに，国際雑誌への投稿と掲載を目指す．また，組合せ刺激の効果について脳波計を用いて，神経振動への影響を評価するため，環境構築と計測を実施していく．

Research Products

• [Journal Article] Phase-dependent modulation of the vestibular?cerebellar network via combined alternating current stimulation influences human locomotion and posture (2022)
  • Author(s): Nakazono Hisato、Taniguchi Takanori、Mitsutake Tsubasa、Takeda Akinori、Yamada Emi、Ogata Katsuya
  • Journal Title: Frontiers in Neuroscience Volume: 16 Pages: 1057021-1057021
  • DOI: 10.3389/fnins.2022.1057021
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 経頭蓋交流電気刺激と交流前庭電気刺激の組合せ刺激の位相依存的効果：前庭-小脳ネットワークが歩行と姿勢に与える影響 (2022)
  • Author(s): 中薗寿人, 谷口隆憲, 光武翼, 竹田昂典, 山田絵美, 緒方勝也
  • Organizer: 第52回日本臨床神経生理学会学術大会