2018 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Non-linear Neuro-oscillology: Towards Integrative Understanding of Human Nature |
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15H05877
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
北野 勝則 立命館大学, 情報理工学部, 教授 (90368001)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
北城 圭一 生理学研究所, 神経ダイナミクス研究部門, 教授 (70302601)
青柳 富誌生 京都大学, 情報学研究科, 教授 (90252486)
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| Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 脳波 / 移動エントロピー / 経頭蓋磁気刺激 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
・領域内A03班において、てんかん患者に対する治療の過程で計測された皮質脳波(ECoG)データに対し、情報理論的手法であるpermutation entropy（順列エントロピー）およびsymbolic transfer entropy（シンボリック移動エントロピー）を適用し、解析を行った。その結果、発作開始期には、電極間の相互作用より電極内部のダイナミクスの影響が大きいなど、発作期と発作間欠期における脳活動ダイナミクスの違いを特徴づけることに成功した。
・様々な解析手法が非侵襲脳活動データに適用されているが、その結果が示すものについては不明な点が多い。脳活動に直接的な摂動を与えることが可能となる経頭蓋磁気刺激(TMS)による脳活動変化が検出可能かについて、permutation entropyおよびsymbolic transfer entropyを用いて解析した。その結果、上記手法はTMSの有無による脳活動の差を検出可能であること、後頭部に適用したTMSが前頭部に影響を与えることなどを明らかにした。
・TMS-頭蓋脳波同時計測により、安静時には微弱な脳波の位相振幅ーカップリングが変調されるかを検証した。運動野、あるいは、視覚野に単発、あるいは、5 Hz、11 Hz、23 Hzでの５連発の反復刺激を行った。その結果、反復TMSの周波数での位相とガンマ波の振幅がカップルする位相ー振幅カップリングがTMSを印加しない場合に比べてより強くなる現象が見られた。過渡的な位相―振幅カップリングを効率よく検知する新規計測解析手法を提案した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
・全脳レベルの脳活動に対するモデルフリー解析の有用性を確認することができた。
・モデルベース解析を適用し、得られた結果がモデルフリー解析の結果と定性的に一致することを確認でき、より詳細な解析を実施する準備ができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
脳波データに向けたモデルベース機能的結合推定法の開発
安静時および認知機能時、または経当該磁気刺激時における全脳レベル情報伝達を明らかにするモデルベース解析を行う。
・予備的研究により、脳波活動を表す動的モデルとして結合位相振動子モデルを用いた場合に、位相情報の相互作用を表すことが可能であるとわかった。これを踏まえ、周波数帯域毎の情報伝達における機能的役割などについて詳細な解析を行う。
・結合位相振動子モデルでは、特定の周波数における相互作用しか扱うことができず、異なる周波数間の相互作用を扱うことができない。異なる周波数間の相互作用を扱うことができるモデル（例えば、Neural-Massモデルなど）に拡張し、脳活動ダイナミクスと広域情報伝達の関係について明らかにすることを目指す。
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