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

2003 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 / 脳機能ダイナミックス計測 / 脳磁図 / 生体磁場影響

Research Abstract

本研究は、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。
本年度は、磁気刺激時の脳波計測を行い、磁気刺激による脳内信号伝播を調べること。脳磁図計測により、認知活動、記憶活動の脳活動を調べること。及び、MRIを用いた電気情報イメージングの技術を確立し、脳機能ダイナミックスイメージングの要素技術の確立を行った、また、同時に強磁場、およびパルス磁気刺激の安全性、および生体への影響に関しても検証を行った。
脳神経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用いて、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、後頭部と前頭部における興奮の伝播が明らかとなった。脳磁図計測においては、認知反応における注意視野の違いによる脳内処理が、刺激後約200msに後側頭部で生じていることがわかった。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、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、また、磁気刺激の治療効果の可能性を、ラット海馬を用いて調べた。ラット海馬における長期増強現象(LTP)に着目し,TMSがラット海馬に与える影響を検討した。ラット海馬のフィールドEPSPを調べた結果、fEPSPの増強効果や逆に抑制効果が見られ、刺激条件によって異なる結果となった。
さらに、定常磁場の生体影響に関し、再生医学の基礎技術のひとつとして細胞の磁場配向制御法を開発し、神経細胞(シュワン細胞)で磁場による細胞配向制御を実現するなど、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.: "Measurement of evoked electroencephalography induced by transcranial magnetic stimulation"Journal of Applied Physics. 93・10. 6718-6720 (2003)
• [Publications] Sekino M: "Magnetic resonance imaging of convection in an electrolyte solution and extracellular fluid associated with stationary electric currents"Journal of Applied Physics. 94・8. 5359-5366 (2003)
• [Publications] Yamaguchi K: "Current distribution image of the rat brain using diffusion weighted magnetic resonance imaging"Journal of Applied Physics. 93・10. 6739-6741 (2003)
• [Publications] Sekino M: "Conductivity tensor imaging of the rat brain using diffusion-weighted magnetic resonance imaging"Journal of Applied Physics. 93・10. 6730-6732 (2003)
• [Publications] Takeuchi M: "Multicomponent proton spin-spin relaxation of fibrin gels with magnetically oriented and randomly oriented fibrin fiber structures"Journal of Applied Physics. 93・10. 6736-6738 (2003)
• [Publications] Iwasaka M: "Polarized light transmission of smooth muscle cells during magnetic field exposures"Journal of Applied Physics. 93・10. 6701-6703 (2003)
• [Publications] Iwasaka M: "Verification of magnetic field gradient effects on medium convection and cell adhesion"Journal of Applied Physics. 93・10. 6715-6717 (2003)
• [Publications] Ikehata M: "Effects of intense magnetic fields on sedimentation pattern and gene expression profile in budding yeast"Journal of Applied Physics. 93・10. 6724-6726 (2003)
• [Publications] Yaoita M: "Magnetosensitive enzyme electrode for hydrogen peroxide sensing"Journal of Applied Physics. 93・10. 6727-629 (2003)
• [Publications] Eguchi Y: "Nerve excitation and recovery processes under strong static magnetic fields"Journal of Applied Physics. 93・10. 6742-6744 (2003)
• [Publications] Ogiue-Ikeda M: "The effect of repetitive transcranial magnetic stimulation on long-term potentiation in rat hippocampus depends on stimulus intensity"Brain Research. 993・1-2. 222-226 (2003)
• [Publications] Ogiue-Ikeda M: "A new method to destruct targeted cells using magneizable beads and pulsed magnetic force"IEEE Transactions on Nanobioscience. 2・4. 262-265 (2004)
• [Publications] Eguchi Y: "Control of orientation of rat Schwann cells using an 8T static magnetic field"Neuroscience Letters. 351・2. 130-132 (2003)
• [Publications] Iwasaka M: "Detection of intracellular macromolecule behavior under strong magnetic fields by linearly polarized light"Bioelectromagnetics. 24・8. 564-570 (2003)
• [Publications] Iwasaka M: "Magnetic field effects on assembly pattern of smooth muscle cells"In Vitro Cell Dev Biol Anim. 39・3. 20-123 (2003)
• [Publications] K.Hata: "1439 MHz pulsed TDMA fields affect performance of rats in a T-maze task only when body temperature is elevated"Bioelectromagnetics. 24・4. 223-230 (2003)
• [Publications] Ichioka S: "Skin temperature changes induced by strong static magnetic field exposure"Bioelectromagnetics. 24・6. 380-386 (2003)
• [Publications] Huang SF: "Measurement of visually evoked magnetic fields associated with pattern recognition"IEEE Transactions on Magnetics. 39・5. 3331-3333 (2003)
• [Publications] Maeno T: "Source modeling of the P300 event-related response using magnetoencephalography and electroencephalography measurements"IEEE Transactions on Magnetics. 39・5. 3396-3398 (2003)
• [Publications] Ogiue-Ikeda M: "The effect of transcranial magnetic stimulation on long-term potentiation in rat hippocampus"IEEE Transactions on Magnetics. 39・5. 3390-3392 (2003)
• [Publications] Sekino M: "Magnetic resonance imaging of fluid motion with electrodeposition processes"IEEE Transactions on Magnetics. 39・5. 3393-3395 (2003)
• [Publications] Umeno A: "Quantitative analysis of adherent cell orientation influenced by strong magnetic fields"IEEE Transactions on Nanobioscience. 2・1. 26-28 (2003)
• [Publications] 金子 晃久: "拡散テンソルMRIによる,ひずみ推定の可能性の検討"日本応用磁気学会誌. 28・3. 449-453 (2004)
• [Publications] 佐野 真人: "Diffusion MRI を用いた生体内水分子の制限拡散に関する研究"日本応用磁気学会誌. 28・3. 458-462 (2004)
• [Publications] 竹内 道弘: "磁場配向したフィブリン繊維を取り巻く水分子のT2緩和時間"日本応用磁気学会誌. 28・3. 468-471 (2004)
• [Publications] 江口 和: "静磁場による神経再生足場の制御"日本応用磁気学会誌. 27・4. 443-446 (2003)