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

2002 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: f MRI / 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、磁気刺激と同時に脳波の計測が可能な脳波計測システム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を用いた電流情報イメージング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。
磁気刺激においては、磁気刺激時の磁気ノイズを除去できる脳波計測システムを開発し、磁気刺激によって誘発される脳波の計測を行った。その結果、後頭部の小脳磁気刺激において、刺激強度依存性の特異的な反応が見られた。MRIを用いて、体内のインピーダンス分布を画像化する方法として、新しく拡散強調MRIを応用した方法を提案した。この手法を用いて、ファントム、ラット脳のインピーダンス分布を画像化することに成功した。
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が示された。また、磁気刺激がラット海馬のフィールドEPSPに影響を与える調べた結果、磁気刺激の条件によって、fEPEPの増強効果や抑制効果が見られた。
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、シュワン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] Iramina K: "Effects of transcranial magnetic stimulation on EEG activity"IEEE Transactions on Magnetics. 38・5. 3347-3349 (2002)
• [Publications] Huang SF: "Visual-evoked magnetic fields associated with geometric and phonetic discrimination"IEEE Transactions on Magnetics. 38・5. 3341-3343 (2002)
• [Publications] Iwasaka M: "Cleavage pattern modulation of frog's egg under magnetic fields of 10 tesla order"International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics. 14・1-4. 327-330 (2002)
• [Publications] Iwasaka M: "Manipulation of cells by diamagnetic energy"International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics. 14・1-4. 391-396 (2002)
• [Publications] Huang SF: "Visually evoked magnetic fields associated with geometric and phonetic discrimination"International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics. 14・1-4. 341-346 (2002)
• [Publications] Kotani H: "Strong static magnetic field stimulates bone formation to a definite orientation in vitro and in vivo"Journal of Bone and Mineral Research. 17・10. 1814-1821 (2002)
• [Publications] Hong B: "Changes in blood pressure and heart rate by repetitive transcranial magnetic stimulation in rats"Neuroscience Letters. 329・1. 57-60 (2002)
• [Publications] Sekino M: "Comparison of current distributions in electroconvulsive therapy and transcranial magnetic stimulation"Journal of Applied Physics. 91・10. 8730-8732 (2002)
• [Publications] Epstin C.: "Asymmetries of prefrontal cortex in human episodic memory : Effects of transcranial magnetic stimulation on learning abstract patterns"Neuroscience Letters. 320・1-2. 5-8 (2002)
• [Publications] Uchida S: "Magnetocardiogrphic imaging for ischemic myocardial muscles on rats"IEICE Transactions on Information and Systems. 65・D(1). 30-35 (2002)
• [Publications] Niijima S: "MEG source estimation using the fourth order MUSIC method"IEICE Transactions on Information and Systems. 65・D(1). 167-164 (2002)
• [Publications] Iwaki S: "Visualization of the brain activity during mental rotation processing using MUSIC-weighted lead-field synthetic filtering"IEICE Transactions on Information and Systems. 65・D(1). 175-183 (2002)
• [Publications] 岩坂正和: "強磁場下での細胞内骨格再配置のリアルタイム偏光検出"日本応用磁気学会誌. 26・4. 593-596 (2002)
• [Publications] Testof MF: "Melanophore aggregation in strong static magnetic fields"Bioelectromagnetics. 23. 444-449 (2002)
• [Publications] Iramina K: "Measurement of evoked electroencephalography induced by transcranial magnetic dtimulation"Journal of Applied Physics. (In press). (2003)
• [Publications] Iwasaka M: "Verification of magnetic field gradient effects on medium convection and cell adhesion"Journal of Applied Physics. (In press). (2003)
• [Publications] Nakahira A: "Effect of a high magnetic field on the bioactivity of apatite-based biomaterials"Journal of Applied Physics. (In press). (2003)
• [Publications] Ikehata M: "Effects of Intense Magnetic Fields on Sedimentation Pattern and Gene Expression Profile in Budding Yeast"Journal of Applied Physics. (In press). (2003)
• [Publications] Yaoita M: "Magneto-sensitive enzyme electrode for hydrogen peroxide sensing"Journal of Applied Physics. (In press). (2003)
• [Publications] Iwasaka M: "Polarized light transmission of smooth muscle cells during magnetic field exposures"Journal of Applied Physics. (In press). (2003)
• [Publications] (分担執筆): "磁気科学(北澤宏一監修、尾関、谷本、山口編)"アイピーシー出版部. 550(20) (2002)
• [Publications] 上野照剛, 重光司, 岩坂正和(共同編集・分担執筆): "生体と電磁界"(株)学会出版センター. 350 (2003)