脳皮質インプラントによる運動機能再建の研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15300159
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 加藤 天美 大阪大学, 医学系研究科, 助教授 (00233776)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 水野 由子 大阪城南女子短期大学, 幼児教育科, 助教授 (80331693) ; 吉峰 俊樹 大阪大学, 医学系研究科, 教授 (00201046) ; 齋藤 洋一 大阪大学, 医学系研究科, 講師 (20252661) ; 下條 真司 大阪大学, サイバーメディアセンター, 教授 (00187478) ; 篠崎 和弘 和歌山県立医科大学, 医学系研究科, 教授 (40215984)
• Keywords: 脳皮質インプラント / 皮質脳波 / 運動機能再建 / ブレイン-コンビュータインターフェイス / 脳磁図 / 合成開口法

Research Abstract

本年度は、運動課題遂行時の脳磁図ならびに皮質脳波を解析するため、難治性疼痛や難治性てんかんなどの治療を目的として頭蓋内電極が設置される脳神経外科患者を対象にインフォームドコンセントを得た上で、1.各種運動課題(手指進展運動、手掌開閉運動、手関節進展運動、肘関節進展運動など)および同様の運動を企図する課題を追加し、自発脳磁図を計測した。これを合成開口法等を用いて解析し、脳律動の変化ならびにその時間経過ならびに脳内空間分布を同定した。2.1次運動感覚野をふくめ頭蓋内電極の設置後、これらの患者に同様の運動課題を課し、皮質脳波を計測デジタル化し、パワースペクトラムを検討した。そのため、MatLabを用い時系列信号の変化を統計的に視覚化するプログラムを作成した。その結果、脳磁図解析結果と同様に、運動開始の500-700msec前より運動企図信号が前運動野や補足運動野に発生することが確認された。この信号変化は脳磁図解析によって予想されたものより、広範にわたり、運動開始時に大きく、しかも、運動情報のストリームに沿って補足運動野から前運動野そして、運動開始200msec前には一次運動野へと波及することがあきらかとなった。これは従来考えられてきた脳活動の様式とはことなり、運動プログラムの形成にあたって運動関連領野が並行的・協調的に活動することを意味する。次年度以降もこの現象のメカニズムを追求したい。さらに、3.この信号変化を脳皮質インプラントより捉え、運動機能再建に活用するための数学アルゴリズムを検討した。これまで、種々の統計学的手法を試み、運動課題に関して正答率70-75%、情報伝達速度は理論的に10bit/min程度が得られたが、いまだ十分ではない。次年度はより適切な数学アルゴリズムについても検討する。

Research Products

• [Publications] Kato A: "Meningioma arising from the trigeminal nerve : a case report and literature review"J NeuroOncol. (in press). (2004)
• [Publications] Saitoh Y: "Activation of contralateral thalamus of a thalamic pain patient after successful motor cortex stimulation"J Neurosurg. (in press). (2004)
• [Publications] Taniguchi M: "Cerebral motor control in patients with gliomas around the central sulcus studied with spatially filtered magnetoencephalography"J Neurol Neurosurg Psychiat. 75. 466-471 (2004)
• [Publications] Kato A: "Application of synthetic aperture magnetometry for epilepsy surgery"Seishin Shinkeigaku Zasshi. 105(4). 425-432 (2003)
• [Publications] Kato A: "Discrimination of movements by analyzing electrocorticograms from the sensorimotor cortex"Muscle Nerve. 12(suppl). S86 (2003)
• [Publications] Hirata M: "Determination of language dominance using synthetic aperture magnetometry"Muscle Nerve. 12(supple). S84 (2003)
• [Publications] Baba T: "Magnetoencephalography and electrocorticography for detection of event related desynchronization around sensorimotor area"Muscle Nerve. 12(supple). S34 (2003)
• [Publications] Saitoh Y: "Primary motor cortex stimulation within the central sulcus for treating deafferentation pain"Acta Neurochir Suppl. 87. 149-152 (2003)
• [Publications] Saitoh Y: "Gene therapy for ischemic brain diseases"Curr Gene Ther. 3(1). 49-58 (2003)
• [Publications] Kato A: "Endoscopically aided retroperitoneal placement of a Iumboperitoneal shunt. Technical note"J Neurosurg. 98(2). 430-433 (2003)
• [Publications] Ihara A: "Neuromagnetic gamma-band activity in the primary and secondary somatosensory areas"Neuroreport. 14(2). 273-277 (2003)
• [Publications] Ihara A: "Gamma-band desynchronization in language areas reflects syntactic process of words"Neurosci Lett. 339(2). 135-138 (2003)
• [Publications] Kato A: "Stereotactic radiofrequency ablation for sessile hypothalamic hamartoma with an image fusion technique"Acta Neurochir (Wien). 145(8). 697-700 (2003)
• [Publications] 加藤天美: "人工視覚インプラント"Clinical Neuroscience. 21(8). 960-961 (2003)
• [Publications] 齋藤洋一: "求心路遮断痛に対する大脳一次運動野刺激術"機能的脳神経外科. 42. 36-38 (2003)
• [Publications] 齋藤洋一: "難治性疼痛に対する脳皮質刺激療法"脳神経外科速報. 13. 206-208 (2003)
• [Publications] Kato A: "Artificial vision for the blind by electrical stimulation of visual cortex"Restrative Neurol Neurosci. 19. 263-273 (2003)
• [Publications] 加藤天美: "脳磁図(MEG)による脳機能の評価機能・代謝画像診断法と分子画像/pp83-88"南山堂. 340 (2003)