脳卒中超回復者の脳再構成を静的・動的磁場で誘発される脳波変調で解明する

• Project Area: Hyper-adaptability for overcoming body-brain dysfunction: Integrated empirical and system theoretical approaches
• Project/Area Number: 22H04788
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 美馬 達哉 立命館大学, 先端総合学術研究科, 教授 (20324618)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: リハビリテーション / 脳可塑性 / 非侵襲的脳刺激法 / 神経可塑性

Outline of Research at the Start

「奇跡的治癒」が時に生じるのが臨床の場である。脳卒中による重篤な錐体路損傷で完全麻痺だった人々の中には、医師の予想外に回復して、入院治療とリハビリテーション（リハ）後に歩いて退院し、社会生活を送るまでになることがある。こうしたケースが「奇跡」と称されるのは、回復の神経基盤である生体構造の再構成のメカニズムの多様性が科学的に未知だからだ。
本研究計画では、脳卒中からの「奇跡的治癒」エピソードとして扱われてきた現象を、超適応－脳の潜在的適応力の再構成－の劇的な表現として捉え、そうした「超回復者」を対象として、神経ネットワークの冗長性に着目した臨床的な研究を行い、「奇跡」を科学的に解明する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究項目では、脳卒中からの「奇跡的治癒」エピソードとして扱われてきた現象を、超適応－脳の潜在的適応力の再構成－の劇的な表現として捉える。そして、その観点から、一部の例外的な脳卒中回復者（「超回復者」）を対象として、神経ネットワークの冗長性に着目した臨床的な研究を行う。この結果として、いわゆる「奇跡」を科学的に解明することを目指した。本研究では、ヒトでの機能的神経ネットワークを非侵襲的かつ定量的に計測する手法として経頭蓋的磁気刺激法（TMS）を与えて、動的な電磁場パルスの印加に対するEEGをリアルタイムで計測するTMS-EEG法に加え、経頭蓋的静磁場刺激（tSMS）によって持続的電磁場の印加に対するEEG律動反応の変化をリアルタイムで計測するtSMS-EEG法を用いるものである。
2023年度は、以下のような成果を得た。経頭蓋的静磁場刺激（tSMS）の生理機構を動物モデルで解明し、論文として発表した。脳卒中のリハビリテーションに関する臨床研究とパーキンソン病に関する臨床研究の成果を論文として発表した。超適応の個人差を解明する手法としての「N-of-1研究」についての成果を発表した。TMS-EEG法について、健常者を対象とした研究を行い、論文として投稿中である。公募班B05-09（櫻田武）を、ニューロフィードバック手法を、感覚障害のリハビリテーションに用いる新規手法の開発という医学・工学の領域横断的な共同研究を開始し、有望な結果を得ている。公募班A05-12（大須理英子）と共同して、tSMSとNIRSの同時計測研究を開始し、投稿準備中である。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Static magnetic field stimulation enhances shunting inhibition via a SLC26 family Cl－ channel, inducing intrinsic plasticity (2024)
  • Author(s): Adya Saran Sinha, Sumiya Shibata, Yasuyuki Takamatsu, Tenpei Akita, Atsuo Fukuda, Tatsuya Mima
  • Journal Title: The Journal of Neuroscience Volume: 44(9) Pages: e1324222024-e1324222024
  • DOI: 10.1523/jneurosci.1324-22.2024
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Swallow-related Brain Activity in Post-total Laryngectomy Patients: A Case Series Study (2023)
  • Author(s): Ogawa Akari、Koganemaru Satoko、Takahashi Toshimitsu、Takemura Yuu、Irisawa Hiroshi、Goto Kazutaka、Matsuhashi Masao、Mima Tatsuya、Mizushima Takashi、Kansaku Kenji
  • Journal Title: Progress in Rehabilitation Medicine Volume: 8 Issue: 0 Pages: n/a
  • DOI: 10.2490/prm.20230026
  • ISSN: 2432-1354
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] N-of-1 Trial of Electrical Sensory Stimulation Therapy on the Tibial Innervated Area during Gait in a Case of Post-stroke Sensory Disturbance (2023)
  • Author(s): Yamaoka Tatsuya、Takagi Yuta、Shimomura Ryota、Murata Yuki、Shimotake Katsumi、Itoh Akihiro、Mima Tatsuya、Koganemaru Satoko
  • Journal Title: Progress in Rehabilitation Medicine Volume: 8 Issue: 0 Pages: n/a
  • DOI: 10.2490/prm.20230018
  • ISSN: 2432-1354
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Gait-combined closed-loop brain stimulation can improve walking dynamics in Parkinsonian gait disturbances: a randomised-control trial (2023)
  • Author(s): Nojima Ippei、Horiba Mitsuya、Sahashi Kento、Koganemaru Satoko、Murakami Satona、Aoyama Kiminori、Matsukawa Noriyuki、Ono Yumie、Mima Tatsuya、Ueki Yoshino
  • Journal Title: Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry Volume: 94 Issue: 11 Pages: 938-944
  • DOI: 10.1136/jnnp-2022-329966
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Transcranial static magnetic field stimulation (tSMS) can induce functional recovery in patients with subacute stroke (2023)
  • Author(s): Shimomura Ryota、Shibata Sumiya、Koganemaru Satoko、Minakuchi Masatoshi、Ichimura Sachimori、Itoh Akihiro、Shimotake Katsumi、Mima Tatsuya
  • Journal Title: Brain Stimulation Volume: 16 Issue: 3 Pages: 933-935
  • DOI: 10.1016/j.brs.2023.05.024
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Non-invasive Brain Stimulation in Post-stroke Dysphagia Rehabilitation: A Narrative Review of Meta-analyses in 2022 (2023)
  • Author(s): Shibata Sumiya、Koganemaru Satoko、Mima Tatsuya
  • Journal Title: Progress in Rehabilitation Medicine Volume: 8 Issue: 0 Pages: n/a
  • DOI: 10.2490/prm.20230015
  • ISSN: 2432-1354
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Low-frequency repetitive transcranial magnetic stimulation can alleviate spasticity and induce functional recovery in patients with severe chronic stroke: A prospective, non-controlled, pilot study (2023)
  • Author(s): Yukawa Yoshihiro、Shibata Sumiya、Koganemaru Satoko、Minakuchi Masatoshi、Shimomura Ryota、Nakamura Kazuhito、Mima Tatsuya
  • Journal Title: Heliyon Volume: 9 Issue: 4 Pages: e15564-e15564
  • DOI: 10.1016/j.heliyon.2023.e15564
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Priming effects of transcutaneous vagus nerve stimulation on the neuromodulation induced by transcranial static magnetic field stimulation in human motor cortex (2023)
  • Author(s): Shibata Sumiya、Takahashi Hirotaka、Miida Yu、Mima Tatsuya、Onishi Hideaki
  • Journal Title: Clinical Neurophysiology Volume: 154 Pages: 194-197
  • DOI: 10.1016/j.clinph.2023.08.004
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effect of transcranial static magnetic stimulation over unilateral or bilateral motor association cortex on performance of simple and choice reaction time tasks (2023)
  • Author(s): Matsumoto Takuya、Watanabe Tatsunori、Ito Kanami、Horinouchi Takayuki、Shibata Sumiya、Kurumadani Hiroshi、Sunagawa Toru、Mima Tatsuya、Kirimoto Hikari
  • Journal Title: Frontiers in Human Neuroscience Volume: 17 Pages: 1-10
  • DOI: 10.3389/fnhum.2023.1298761
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Very low-frequency transcranial electrical stimulation over the primary motor area can influence the voluntary movement initiation in humans (2023)
  • Author(s): Shibata Sumiya、Watanabe Tatsunori、Otsuru Naofumi、Onishi Hideaki、Mima Tatsuya
  • Journal Title: Brain Stimulation Volume: 16 Issue: 2 Pages: 442-444
  • DOI: 10.1016/j.brs.2023.01.1679
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Case report: Backward gait training combined with gait-synchronized cerebellar transcranial alternating current stimulation in progressive supranuclear palsy. (2023)
  • Author(s): Shima, A., Tanaka, K., Ogawa, A., Omae, W., Miyake, T., Nagamori, Y., Miyata, Y., Ohata, K., Ono, Y., Mima, T., Takahashi, R. *Koganemaru, S
  • Journal Title: Frontiers in Human Neuroscience-Brain Imaging and Stimulation Volume: 17 Pages: 1082555-1082555
  • DOI: 10.3389/fnhum.2023.1082555
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Case report: A novel approach of closed-loop brain stimulation combined with robot gait training in post-stroke gait disturbance. (2023)
  • Author(s): Shima, A., Miyake, T., Tanaka, K., Ogawa, A., Omae, E., Nagamori, Y., Miyata, Y., Ohata, K., Maki, T., Ono, Y., Mima, T., Takahashi, R. *Koganemaru, S
  • Journal Title: Frontiers in Human Neuroscience-Brain Imaging and Stimulation Volume: 17 Pages: 1082556-1082556
  • DOI: 10.3389/fnhum.2023.1082556
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Triple tSMS system (“SHIN jiba”) for non-invasive deep brain stimulation: a validation study in healthy subjects (2022)
  • Author(s): Sumiya Shibata, Tatsunori Watanabe, Takuya Matsumoto, Keisuke Yunoki, Takayuki Horinouchi, Hikari Kirimoto, Jianxu Zhang, Hen Wang, Jinglong Wu, Hideaki Onishi, Tatsuya Mima
  • Journal Title: Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation Volume: 19 Issue: 1 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1186/s12984-022-01110-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Strengthening the GABAergic System Through Neurofeedback Training Suppresses Implicit Motor Learning (2022)
  • Author(s): Gyoda Tomoya、Nojima Ippei、Lin Su-Chuan、Koganemaru Satoko、Mima Tatsuya、Tanabe Shigeo、Huang Ying-Zu
  • Journal Title: Neuroscience Volume: 488 Pages: 112-121
  • DOI: 10.1016/j.neuroscience.2022.02.002
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 「N-of-1 研究をどう行うか」The Japanese Journal of Rehabilitation Medicine (2022)
  • Author(s): 美馬達哉、小金丸聡子、芝田純也、佐藤岳史
  • Journal Title: リハビリテーション医学 Volume: 59(11) Pages: 1111-1117
• [Journal Article] 知っておきたい神経科学のキィワード 4「メタ可塑性」(Metaplasticity) (2022)
  • Author(s): 美馬達哉
  • Journal Title: Journal of clinical rehabilitation Volume: 31(6) Pages: 567-570
• [Presentation] N-of-1 試験による難治性嚥下障害に対する経頭蓋的直流電気刺激(tDCS)効果の検討 (2024)
  • Author(s): 平川佳菜 、小金丸聡子、岩永健、島淳、曹叶迪、大前恵利夏、山田真子、田中和樹、美馬達哉、末廣篤、大森孝一
  • Organizer: 第47回日本嚥下医学会学術講演会
• [Presentation] A novel approach using neurofeedback learning to enhance cerebellar brain inhibition in spinocerebellar degeneration patients. (2023)
  • Author(s): Erika Omae, Atsushi Shima, Kazuki Tanaka, Akari Ogawa, Masako Yamada, Cao Yedi, Mima Tatsuya, Tadashi Isa, Satoko Koganemaru.
  • Organizer: Neuroscience2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Neurofeedback Learning of Cerebellar Brain Inhibition in Patients with Spinocerebellar Degeneration -A proof of concept study- 脊髄小脳変性症患者における小脳抑制(CBI)ニューロフィードバック学習の試み (2023)
  • Author(s): Erika Omae, Atsushi Shima, Kazuki Tanaka, Akari Ogawa, Masako Yamada, Tadashi Isa, Satoko Koganemaru.
  • Organizer: 日本生理学会第100回記念大会
• [Presentation] The effects of the paired associative premotor-cerebellar stimulation on the non-targeted cerebellar function in healthy subjects. 小脳性連合性対刺激法における非対象側小脳半球機能の変化 (2023)
  • Author(s): Satoko Koganemaru, Kazuki Tanaka, Atsushi Shima, Erika Omae, Masako Yamada, Cao Yedi, Akari Ogawa.
  • Organizer: 日本生理学会第100回記念大会
• [Presentation] 経頭蓋律動電流電気刺激(tACS)を用いた脳卒中後失語症症例における言語機能の改善 (2023)
  • Author(s): 大前 恵利夏, 島 淳, 田中 和樹, 山田 真子, 曹 葉迪, 中村 智之, 星合 宗, 千葉 友美, 入澤 寛, 美津島 隆, 伊佐 正, 小金丸 聡子.
  • Organizer: 第60回日本リハビリテーション医学会春季学術集会
• [Presentation] 脳活動にアプローチする嚥下障害治療 シンポジウム7「新しい訓練手技」 (2023)
  • Author(s): 小金丸聡子
  • Organizer: 第46回日本嚥下医学会学術講演会
  • Invited
• [Presentation] Facilitation of hyper-recovery from severe brain damages. Symposium: New horizon of Hyper-Adaptability (2023)
  • Author(s): 小金丸聡子
  • Organizer: 第46回日本神経科学会
  • Invited
• [Presentation] 歩行同期型脳刺激を併用したロボット歩行トレーニングの紹介. シンポジウム「脳梗塞当事者が伝える《生活期でも機能向上する秘訣》とは ～経頭蓋電気刺激療法、ボツリヌス療法、訪問リハビリを経験して～」 、京都、2023. 10.17 (2023)
  • Author(s): 小金丸聡子
  • Organizer: 第5回日本スティミュレーションセラピー学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] 小脳障害に対する非侵襲的脳刺激 (2023)
  • Author(s): 小金丸聡子
  • Organizer: 第13回日本小脳学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] 神経ネットワーク可塑性とリハビリテーション治療. 生涯教育研修会 (2023)
  • Author(s): 小金丸聡子
  • Organizer: 第53回日本リハビリテーション医学会中部・東海地方会
  • Invited
• [Presentation] Therapeutic approach using non-invasive brain stimulation to enhance brain plasticity and functional recovery非侵襲的脳刺激による脳可塑性誘導・機能回復の効率化. ランチョンセミナー（共催：京都大原記念病院グループ）「Neuroscience of functional recovery after brain damage and its clinical application脳損傷後機能回復の神経科学と臨床実践」 (2023)
  • Author(s): 小金丸聡子
  • Organizer: 日本生理学会第100回記念大会
  • Invited
• [Presentation] 経頭蓋律動電流電気刺激による歩行機能の改善 (2023)
  • Author(s): 小金丸聡子
  • Organizer: 第９回歩行リハビリテーション研究会
  • Invited
• [Presentation] Priming effects of transcutaneous vagus nerve stimulation on the inhibitory effects of transcranial static magnetic field stimulation on the human primary motor cortex (2023)
  • Author(s): Sumiya Shibata, Hirotaka Takahashi, Yu Miida, Tatsuya Mima, Hideaki Onishi
  • Organizer: 第46回日本神経科学大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 症例研究の質を高める ～N-of-1 研究～ (2023)
  • Author(s): 芝田純也
  • Organizer: 第21回日本神経理学療法学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] tSMSの作用機序と安全性および深部刺激への挑戦 ―開発後12年間の集積知― (2023)
  • Author(s): 芝田純也
  • Organizer: 第53回日本臨床神経生理学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] tSMSの臨床応用へのFeasibility (2023)
  • Author(s): 美馬達哉
  • Organizer: 第53回日本臨床神経生理学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] The Personal can be Scientific: N-of-1 approach to hyper-adaptability (2023)
  • Author(s): 美馬達哉
  • Organizer: 第46回日本神経科学会
  • Invited
• [Presentation] 歩行同期型経頭蓋交流電流小脳刺激(小脳tACS)を併用した後方歩行訓練により姿勢制御が改善した進行性核上性麻痺症例 (2022)
  • Author(s): 島 淳、田中和樹、小川明莉、三宅智彬、高橋良輔、美馬達哉、小金丸聡子
  • Organizer: 第6回日本リハビリテーション医学会秋季学術集会