磁気刺激および電流分布イメージングによる脳機能ダイナミックスの研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12002002
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 上野 照剛 東京大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (00037988)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 湯本 真人 東京大学, 医学部・附属病院, 助手 (30240170) ; 岩坂 正和 東京大学, 大学院・医学系研究科, 講師 (90243922) ; 伊良皆 啓治 東京大学, 大学院・医学系研究科, 助教授 (20211758)
• Keywords: fMRI / 電流分布MRI / 脳磁図 / 経頭蓋磁気刺激 / インピーダンスMRI / 脳機能計測 / 生体磁場影響

Research Abstract

本研究は、脳機能ダイナミックスの解明のため、脳神経の局所的磁気刺激による脳神経活動の制御、及び新しい手法による神経電流活動の電流分布イメージングや脳磁図・脳波計測により、高時間分解能、高空間分解を有する新しい脳機能ダイナミックスイメージング法を構築することである。これにより神経電磁気現象に関する様々な脳機能情報を解析して、脳機能の動的機構の解明に迫る脳機能研究法および脳機能診断技術の確立を目指す。
本年度の目的は、脳神経を多点で効果的に磁気刺激出来るような磁気刺激装置の開発を行うとともに、脳機能ダイナミックスイメージングの柱となる、MRIを用いた電流分布MRIの技術を確立することである。また、強磁場、およびパルス磁場の安全性、および生体への影響に関しても検証する。
電流分布MRIに関しては、いくつかの手法を提案しているが、動物用4.7TMRIを用いて、ファントムによりこれら手法の有用性を確かめている段階である。これに関連して、MRI撮像中にサンプルに電流を流すことで、水分子の自己拡散係数が増加し、拡散強調画像のコントラストが高くなる現象を見出した。新しく、この手法を用いて生体内のインピーダンスの分布を求める方法を提案した。
磁気刺激においては、頭皮上2点で連続磁気刺激可能な装置の開発を行い、脳波との同時測定を行った。その結果、磁気刺激によって生じる電流によりアルファ波が抑制されることがわかり、抑制は後頭部刺激に優位に現れることがわかった。
また、パルス磁気刺激の影響が、脳神経細胞にどのような影響があるかを、ラット海馬を用いて調べた。その結果、MPTP投与における細胞死の抑制効果の可能性が示された。
さらに、定常磁場の生体影響に関し、白血球細胞の増殖抑制効果、骨形成の促進効果、付着細胞の配向制御法の開発など、強磁場の積極的な医学応用においても成果を得ることができた。

Research Products

• [Publications] C.M.Epstin, et al.: "Asymmetries of prefrontal cortex in human episodic memory : Effects of transcranial magnetic stimulation on learning abstract patterns"Neurosci Lett.. Vol.320. 5-8 (2002)
• [Publications] K.Iramina, et al.: "Effects of repetation rate of electric stimulation on MEG and fMRI signals"IEEE Transactions on Magnetics. Vol.37 No.4. 2918-2920 (2001)
• [Publications] M.Iwasaka, et al.: "Optical absorbance of hemoglobin and red blood cell suspensions under magnetic fields"IEEE Transactions on Magnetics. Vol.37 No.4. 2906-2908 (2001)
• [Publications] M.Iwasaka, et al.: "Magnetophoresis of diamagnetic cells and microorganisms in a culture medium"IEEE Transactions on Magnetics. Vol.37 No.4. 2644-2908 (2001)
• [Publications] M.Ogiue-Ikeda, et al.: "Inhibition of leukemia cell growth under magnetic fields of up to 8T"IEEE Transactions on Magnetics. Vol.37 No.4. 2912-2914 (2001)
• [Publications] A.Umeno, et al.: "Quantification of adherent cell orientation and morphology under strong magnetic fields"IEEE Transactions on Magnetics. Vol.37 No.4. 2909-2911 (2001)
• [Publications] M.Iwasaka, et al.: "Magnetically disturbed activity of immobilized catalase on an electrode in hydrogen-peroxide buffer"IEEE Transactions on Magnetics. Vol.37 No.4. 2941-2943 (2001)
• [Publications] R.Hayashi, et al.: "Elicitation of N400m in sentence comprehension due to lexical prosody incongruity"NeuroReport. Vol.12 No.8. 1753-1756 (2001)
• [Publications] K.Kasai, et al.: "Brain lateralization for mismatch response to across-and within-category change of vowels"NeuroReport. Vo.12 no.11. 2467-2471 (2001)
• [Publications] S.Uchida, et al.: "Magnetocardiographic Imaging for Ischemic Myocardial Muscles on Rats"IEICE Transactions. Vol.E 85D No.1. 30-35 (2002)
• [Publications] S.Iwaki, et al.: "Visualization of the Brain Activity during Mental Rotation Processing Using MUSIC-Weighted Lead-Field Synthetic Filtering"IEICE Transactions. Vol.E 85D No.1. 175-183 (2002)
• [Publications] S.Niijima, et al.: "Source Estimation Using the Fourth Order MUSIC Method"IEICE Transactions. Vol.E 85D No.1. 167-174 (2002)
• [Publications] 内田誠也, et al.: "最小ノルム法を用いた心筋虚血ラットの電流源の推定"日本応用磁気学会誌. Vol.25 No.4-2. 1123-1126 (2001)
• [Publications] B.Hong, et al.: "パルス磁気刺激によるラットの自律神経及び動脈圧受容器への影響"日本応用磁気学会誌. Vol.25 No.4-2. 1135-1138 (2001)
• [Publications] 小谷 博子, et al.: "直流磁場による骨芽細胞の配向制御"日本応用磁気学会誌. Vol.25 No.4-2. 1167-1170 (2001)