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Human Fronto-Parietal Network for Embodied-Brain System: A Combined Electrocorticographic Decoding, Stimulation and Lesion Study

Publicly

Project AreaUnderstanding brain plasticity on body representations to promote their adaptive functions
Project/Area Number 17H05907
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Complex systems
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

松本 理器  京都大学, 医学研究科, 准教授 (00378754)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000)
Fiscal Year 2018: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2017: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Keywords前頭・頭頂葉ネットワーク / 皮質皮質間誘発電位 / 脳病変研究 / 皮質脳波 / デコーディング / 前頭・頭頂ネットワーク / 皮質電気刺激 / 病変研究 / 行為 / 運動主体感 / 身体意識
Outline of Annual Research Achievements

腹側前頭・頭頂葉ネットワークにおいて左半球では高次運動、右半球では身体意識に関する皮質活動探索と変容様式の同定を進めた。左半球は術前評価に硬膜下電極を留置し、研究に同意を得た難治部分てんかん患者において陰性運動野に対し、課題に同期した電気刺激で介入し運動制御の変容(fast dynamics)の定量解析をモーションキャプチャーシステムを用いて進めた(国内学会発表)。道具使用・模倣中の広域周波数帯域の神経活動計測の症例を蓄積し、decodingを試み、行為関連領域内内の機能分担解明を推進した。SLFを含む前頭葉・側頭/頭頂葉のネットワークの機能結合性の左右差を皮質皮質間誘発電位(CCEP)を用い評価し言語優位側の機能結合特異性を報告した(論文改訂中)。前頭葉内ネットワークのFrontal aslant tract (FAT)をCCEPにて解析し言語・運動に関わる機能結合性を報告した(論文発表)。背側の頭頂葉・前頭葉の皮質間結合について内側外側での結合性の異同を明らかにした(国際学会発表)。右半球の身体意識・自己認識に関わる脳内表現マーカーの同定を推進した。右半球頭蓋内電極留置の患者において顔の自他識別課題下の脳活動計測を行った。今後decodingにより自他判断(自己意識)の機能局在を解明する。右頭頂葉・島皮質病変の患者で手術前後に運動主体感を定量的に計測しfast~slow dynamicsへの変容を検討した(国内学会発表)。頭蓋内電極留置例で運動主体感計測課題下の皮質律動活動を記録し、律動活動のdecoding解析に着手した。安静時機能的MRI によるネットワーク解析を術前後に縦断的に施行し、ネットワークの動的遷移と機能可塑性による代償機転の解明を試みる。臨床的には身体表現脳律動マーカーを応用したニューロフィードバック型リハビリ治療の開発へ貢献を目指す。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

具体的に下記が成果として挙げられる。
A) 左前頭葉・頭頂葉の機能同定、fast dynamicsによる変容の解明:道具使用・巧緻運動に関わる左前頭・頭頂ネットワークについて、症例を蓄積し、高頻度皮質刺激研究により運動の遅延、制御の変容(fast dynamics)の定量解析を推し進めることができた(国内学会発表)。また道具使用・ジェスチャー模倣中の広域周波数帯域の神経活動計測も症例を蓄積し、導入したワークステーションにより脳波信号解析およびデコーディング解析に着手できた。
B) 前頭葉・頭頂葉ネットワーク機能結合地図作成:前頭葉・側頭/頭頂葉のネットワークの半球間の比較から、言語優位半球の特異的な機能結合性について論文作成した(改訂中)。前頭葉内の言語・運動に関わるネッとワークをCCEPと解剖的線維追跡法を統合して明らかにし論文発表した。背側前頭・頭頂葉の皮質間結合についてもCCEPにより同定しえた(国際学会発表)。
C) 身体・自己認識にかかわる右前頭葉・頭頂葉ネットワークの解明:右頭頂葉・島皮質に病変がある症例を蓄積し、手術前後の運動主体感を定量的に計測し、術後の運動主体感の変容(代償機転)を急性期(fast dynamics)から亜急性期(slow dynamics)への遷移に焦点をあてて検討した(国内学会発表)。右半球に頭蓋内電極を留置した2症例で、運動主体感計測課題施行時の皮質脳波活動を右島から記録し、運動主体感関連の脳律動のdecoding解析に着手した。
顔の自他識別課題についても、脳活動計測を開始、症例蓄積できた。デコーディングによる右SLF IIIネットワーク内の自己意識(自他判断)の機能局在の解明に着手した。

Strategy for Future Research Activity

本年度は、ヒトの腹側前頭葉・頭頂葉ネットワーク(SLF IIIネットワーク)において、左優位半球では、道具使用・巧緻運動に関わる脳律動計測および刺激介入による変容(fast dynamics)を明らかにし、右半球では、身体表現・自己認識に関わる脳律動計測、病変研究によるfastからslow dynamicsへの遷移を明らかにした。
次年度は、課題下および自然な行為中の道具使用・到達運動・巧緻運動(左半球)と身体所有感・自己意識(右半球)に関わる皮質脳波を記録し、時間周波数解析から関連する広周波数帯域(超低周波~高ガンマ帯域)の脳律動を探索、さらに症例蓄積し、すでに着手している脳律動のデコーディング解析を進める。脳律動のデコーディングで得られた重み付け情報と皮質間結合様式から、腹側前頭・頭頂葉ネットワーク内のハブ領域や機能分担を明らかにし、脳内身体表現の脳律動マーカー候補を同定する。
各種脳活動が計測された皮質領野へ単発皮質電気刺激から記録されるCCEPの分布から、関連皮質領野間の皮質間結合様式を探索し、引き続き症例蓄積を行う。
右半球の脳内身体表現関連領域の病変を有し手術予定の患者を対象に、運動主体感の定量的評価(行動解析・精神物理)と安静時機能的MRI解析(機能的結合)を術前後で経時的に施行しており、引き続き症例蓄積を行う。運動主体感は正常推定モデルを作成、正常~異常への遷移を定量的に解析する。障害の責任病変を同定し、同時に機能変容のfastからslow dynamicsへの遷移(代償)の機構の解明を推進する。

Report

(1 results)
  • 2017 Annual Research Report

Research Products

(55 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research Journal Article Presentation Book Remarks

  • [Int'l Joint Research] University of Mancheter/King's College of London(United Kingdom)

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  • [Int'l Joint Research] The Cleveland Clinic Foundation/Johns Hopkins University(United States of America)

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  • [Journal Article] Wide band EEGの有用性 (slow)2018

    • Author(s)
      井内盛遠、中谷光良、池田昭夫
    • Journal Title

      Japanese Journal of Clinical Neurophysiology

      Volume: 45 Issue: 6 Pages: 520-524

    • DOI
      10.11422/jscn.45.520
    • NAID
      130006415823
    • Year and Date
      2018-03-01
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    • Author(s)
      松本理器、下竹昭寛、山尾幸広、菊池隆幸、國枝武治
    • Journal Title

      神経心理学

      Volume: 印刷中

    • NAID
      130007466712
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    • Author(s)
      Ookawa Satoshi、Enatsu Rei、Kanno Aya、Ochi Satoko、Akiyama Yukinori、Kobayashi Tamaki、Yamao Yukihiro、Kikuchi Takayuki、Matsumoto Riki、Kunieda Takeharu、Mikuni Nobuhiro
    • Journal Title

      World Neurosurgery.

      Volume: 107 Pages: 239-248

    • DOI
      10.1016/j.wneu.2017.07.166
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    • Author(s)
      Kobayashi Katsuya、Matsumoto Riki、Matsuhashi Masao、Usami Kiyohide、Shimotake Akihiro、Kunieda Takeharu、Kikuchi Takayuki、Yoshida Kazumichi、Mikuni Nobuhiro、Miyamoto Susumu、Fukuyama Hidenao、Takahashi Ryosuke、Ikeda Akio
    • Journal Title

      Clinical Neurophysiology.

      Volume: 128 Pages: 1673-1681

    • DOI
      10.1016/j.clinph.2017.06.249
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      Shibata S, Matsuhashi M, Kunieda T, Yamao Y, Rika Inano R, Kikuchi T, Imamura H, Takaya S, Matsumoto R, Ikeda A, Takahashi R, Mima T, Fukuyama H, Mikuni N, Miyamoto S
    • Journal Title

      Clin Neurophysiol.

      Volume: 128 Pages: 734-743

    • DOI
      10.1016/j.clinph.2017.01.010
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  • [Journal Article] Phasic REM Transiently Approaches Wakefulness in the Human Cortex- a single-Pulse Electrical Stimulation Study.2017

    • Author(s)
      Usami K, Matsumoto R, Kobayashi K, Hitomi T, Matsuhashi M, Shimotake A, Kikuchi T, Yoshida K, Kunieda T, Mikuni N, Miyamoto S, Takahashi R, Ikeda A.
    • Journal Title

      Sleep.

      Volume: 40 Pages: 00-00

    • DOI
      10.1093/sleep/zsx077
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      Yamao Y, Suzuki K, Kunieda T, Matsumoto R, Arakawa Y, Nakae T, Nishida S, Inano R, Shibata S, Shimotake A, Kikuchi, T, Sawamoto N, Mikuni N, Ikeda A, Fukuyama H, Miyamoto S
    • Journal Title

      Human Brain Mapping.

      Volume: 38 (4) Pages: 1977-1991

    • DOI
      10.1002/hbm.23498
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  • [Journal Article] Neural pattern similarity between contra- and ipsilateral movements in high-frequency band of human electrocorticograms2017

    • Author(s)
      Fujiwara Y, Matsumoto R, Nakae T, Usami K, Matsuhashi M, Kikuchi T, Yoshida K, Kunieda T, Miyamoto S, Mima T, Ikeda A, Osu R
    • Journal Title

      NeuroImage

      Volume: 15 Pages: 302-313

    • DOI
      10.1016/j.neuroimage.2016.11.058
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      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Single pulse electrical stimulation to probe functional and pathological connectivity in epilepsy2017

    • Author(s)
      Matsumoto R, Kunieda T, Nair D
    • Journal Title

      Seizure - European Journal of Epilepsy

      Volume: 44 Pages: 27-36

    • DOI
      10.1016/j.seizure.2016.11.003
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] A case of epilepsy induced by eating or by visual stimuli of food made of minced meat2017

    • Author(s)
      三村 直哉、井上 岳司、下竹 昭寛、松本 理器、池田 昭夫、高橋 良輔
    • Journal Title

      Rinsho Shinkeigaku

      Volume: 57 Issue: 8 Pages: 430-435

    • DOI
      10.5692/clinicalneurol.cn-001001
    • NAID
      130006034996
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    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Cortico-cortical evoked potentials & soectral responses to probe connectivity and cortical excitability.2017

    • Author(s)
      Matsumoto R
    • Organizer
      51st Annual Congress of the Japan Epilepsy Society
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    • Invited
  • [Presentation] Subdural recording in epilepsy.2017

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      Matsumoto R, Kikuchi T, Yoshida K, Kunieda T, Ikeda A
    • Organizer
      The XXⅢ World Congress of Neurology
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Neural basis of altered consciousness during sleep: insights from effective connectivity and induced high gamma activities2017

    • Author(s)
      Matsumoto R, Usami K, Kikuchi T, Yoshida K, Ikeda A
    • Organizer
      Neural Oscillation Conference 2017
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Novel surrogate biomarkers of epileptogenicity using wideband ECoG analyses.2017

    • Author(s)
      Matsumoto R, Kobayashi K, Kikuchi T, Yoshida K, Kunieda T, Miyamoto S, Ikeda A
    • Organizer
      The 76th Annual Meeting of the Japan Neurosurgery Society
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      Matsumoto R
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      The 40th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society (Neuroscience 2017)
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  • [Presentation] てんかんの治療戦略:てんかん外科における言語機能温存へ向けた試み. シンポジウムII.高次脳機能障害の治療戦略.2017

    • Author(s)
      松本理器,下竹昭寛,山尾幸広,菊池隆幸,國枝武治
    • Organizer
      第41回日本神経心理学会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] EEG and electrophysiological monitoring2017

    • Author(s)
      Ikeda A
    • Organizer
      15th Advanced International Epilepsy Course: Bridging Basic with Clinical Epileptology-6
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      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Safety of single-pulse electrical stimulation for cortico-cortical evoked potentials in epileptic human cerebral cortex2017

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      Kobayashi K, Matsumoto R, Usami K, Matsuhashi M, Shimotake A, Nakae T, Takeyama H, Kikuchi T, Yoshida K, Kunieda T, Takahashi R, Ikeda A
    • Organizer
      The XXⅢ World Congress of Neurology
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  • [Presentation] Efficacy of Wide-Band Electrocorticography(ECoG) on Mapping of the Primary Sensori-Motor Area Compared with Electrical Cortical Stimulation (ECS)2017

    • Author(s)
      Neshige S, Matsuhashi M, Sakurai T, Kobayashi K, Shimotake A, Kikuchi T, Yoshida K, Kunieda T, Matsumoto R, Maruyama H, Takahashi R and Ikeda A
    • Organizer
      The XXⅢ World Congress of Neurology
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  • [Presentation] Higher-order motor cortices actively engage in motor inhibition: cortical stimulation and event-related potentials as an evidence from subdural electrodes2017

    • Author(s)
      Takeyama H, Matsumoto R, Usami K, Shimotake A, Kunieda T, Miyamoto S, Takahashi R, Ikeda A
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      The XXⅢ World Congress of Neurology
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  • [Presentation] Role of the negative motor area in praxis: A high frequency electrical cortical stimulation study2017

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      Togo M, Matsumoto R, Shimotake A, Kobayashi T, Kikuchi T, Yoshida K, Matsuhashi M, Kunieda T, Miyamoto S, Takahashi R, Ikeda A
    • Organizer
      The XXⅢ World Congress of Neurology
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Functional gradient of the ventral temporal area in reading Kanji and Kana words;A quantitative low-intensity cortical stimulation study2017

    • Author(s)
      Daifu M, Matsumoto R, Shimotake A, Ota M, Sakamoto M, Nakae T, Kobayashi K, Kikuchi T, Yoshida K, Kunieda T, Takahashi R, Lambon Ralph M, Ikeda A
    • Organizer
      第40回日本神経科学大会
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    • Author(s)
      Takeyama H, Matsumoto R, Nakae T, Kobayashi K, Usami K, Shimotake A, Kikuchi T, Yoshida K, Kunieda T, Miyamoto S, Takahashi R Ikeda A
    • Organizer
      第40回日本神経科学大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Role of the anterior temporal lobe in the ventral pathway: evidence from presurgical evaluations in epilepsy patient2017

    • Author(s)
      Shimotake A, Matsumoto R, Kikuchi R, Yoshida K, Kunieda R, Ikeda A.
    • Organizer
      The 40th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
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    • Invited
  • [Presentation] 皮質脳波と高次脳機能ネットワーク2017

    • Author(s)
      松本理器、下竹昭寛,菊池隆幸,國枝武治、池田昭夫
    • Organizer
      第47回日本臨床神経生理学会
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  • [Presentation] てんかんの治療戦略:てんかん外科における言語機能温存へ向けた試み.シンポジウムII.高次脳機能障害の治療戦略.2017

    • Author(s)
      松本理器,下竹昭寛,山尾幸広,菊池隆幸,國枝武治
    • Organizer
      第41回日本神経心理学会
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  • [Presentation] Active engagement of higher-order motor cortices in motor inhibition: Evidence fromdirect neural recording and stimulation during Go/No-Go paradigm2017

    • Author(s)
      Takeyama H, Matsumoto R, Usami K, Shimotake A, Kikuchi T, Yoshida K, Kunieda T, Miyamoto S, Takahashi R, Ikeda A.
    • Organizer
      Society for Neuroscience 2017
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  • [Presentation] Functional connectivity from human superior parietal lobule and medial parietal lobe: A cortico-coritcal evoked potential (CCEP) study2017

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      Togo M, Matsumoto R, Nakae T, Takeyama H, Kobayashi K, Shimotake A, Usami K, Kikuchi T, Yoshida K, Kunieda T, Miyamoto S, Takahashi R, Ikeda A.
    • Organizer
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      Neshige S, Matsuhashi M, Kobayashi K, Shimotake A, Kikuchi T, Yoshida K, Kunieda T, Matsumoto R, Maruyama H, Takahashi R, Ikeda A.
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      Takeyama H, Matsumoto R, Usami K, Shimotake A, Kikuchi T, Yoshida K, Kunieda T, Miyamoto S, Takahashi R, Ikeda A.
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      Togo M, Matsumoto R, Shimotake A, Kobayashi T, Kikuchi T, Yoshida K, Matsuhashi M, Kunieda T, Miyamoto S, Takahashi R, Ikeda A.
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      第51回日本てんかん学会
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      第47回日本臨床神経生理学会学術大会
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      日本脳神経外科学会第 76 回学術総会
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      第47回日本臨床神経生理学会学術大会
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      第47回日本臨床神経生理学会
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      小林勝哉、松本理器、宇佐美清英、菊池隆幸、吉田和道、國枝武治、池田昭夫
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  • [Presentation] 皮質-皮質間誘発電位の機能的結合を基としたトラクトグラフィーでの一次運動野・一次感覚野間の機能的結合の同定2017

    • Author(s)
      山尾 幸広、松本 理器、國枝 武治、荒川 芳輝、菊池 隆幸、吉田 和道、池田 昭夫、Marco Catani, 宮本 享
    • Organizer
      日本脳神経外科学会 第76回 学術総会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 運動主体感における島皮質の役割:島皮質切除症例での縦断的神経心理学的検討2017

    • Author(s)
      小林 環、松本理器、下竹昭寛、十河正弥、高橋由紀、稲田拓、山尾幸広、菊池隆幸、荒川芳輝、吉田和道、池田昭夫、前田貴記、今水寛、宮本享
    • Organizer
      日本脳神経外科学会 第76回学術総会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 発作時DC電位とその病理組織学的検討2017

    • Author(s)
      小林環、北浦弘樹、村井智彦、中谷光良、菊池隆幸、人見 健文、井内盛遠、松本理器、國枝武治、宮本享、白水洋史、井上有史、前原健寿、池田昭夫、柿田明美
    • Organizer
      第51回日本てんかん学会学術集会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] The role of the right insula in Sense of Agency: evidence from neurosurgical cases2017

    • Author(s)
      小林 環、 松本理器, 下竹昭寛 , 十河正弥 ,荒川芳輝 ,山尾幸広 ,菊池隆幸, 吉田和道, 池田昭夫, 前田貴記, 今水寛, 宮本享
    • Organizer
      第40回 日本神経科学大会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 覚醒下手術における電気生理学的線維追跡法の応用―高次脳機能温存の試み―2017

    • Author(s)
      菊池隆幸 山尾幸広 吉田和道 荒川芳輝 松本理器 國枝武治 宮本享
    • Organizer
      Awake Surgery学会
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  • [Presentation] Introduction of SEEG to a single institute in Japan -A case of Kyoto University Hospital-2017

    • Author(s)
      Kikuchi T, Inada T, Kobayashi K, Kunieda T, Matsumoto R, Ikeda A, Miyamoto S
    • Organizer
      日本てんかん学会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 頭蓋内電極埋め込み中のMRI撮像についての国内の現状と今後の方策2017

    • Author(s)
      菊池隆幸 松本理器 小林勝哉 國枝武治 三國信啓 前原健寿
    • Organizer
      日本脳神経外科学会
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      2017 Annual Research Report
  • [Book] ガイトン生理学2018

    • Author(s)
      十川純平、音成秀一郎、十河正弥、池田 昭夫
    • Publisher
      エルセビア・ジャパン
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  • [Book] Invasive Studies of the Human Epileptic Brain: Principles and Practice of Invasive Brain Recordings and Stimulation in Epilepsy2017

    • Author(s)
      Matsumoto R, Kunieda T
    • Publisher
      Oxford University Press (London)
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  • [Book] Invasive Studies of the Human Epileptic Brain: Principles and Practice of Invasive Brain Recordings and Stimulation in Epilepsy2017

    • Author(s)
      Ikeda A
    • Publisher
      Oxford University Press (London)
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      2017 Annual Research Report
  • [Book] Clinical Neuroscience 37(7)2017

    • Author(s)
      中谷光良,小林勝哉,松本理器
    • Publisher
      中外医学社
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      2017 Annual Research Report
  • [Book] 臨床神経生理検査入門2017

    • Author(s)
      下竹昭寛、松本理器
    • Total Pages
      288
    • Publisher
      中山書店
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  • [Remarks] 京都大学大学院医学研究科てんかん・運動異常生理学講座 研究紹介

    • URL
      http://epilepsy.med.kyoto-u.ac.jp/research
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  • [Remarks] 京都大学大学院医学研究科臨床神経学 研究紹介

    • URL
      https://www.kuhp.kyoto-u.ac.jp/~neurology/laboratory/lab_3_5.htm
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Published: 2017-04-28   Modified: 2018-12-17  

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