2018 Fiscal Year Annual Research Report
Evaluation and control of epilepsy dynamics based on multimodal brain signals and thermal neuromodulation using focal brain cooling
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15H05719
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
鈴木 倫保 山口大学, 大学院医学系研究科, 教授 (80196873)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池田 和司 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (10262552)
加納 学 京都大学, 情報学研究科, 教授 (30263114)
山川 俊貴 熊本大学, 大学院先導機構, 助教 (60510419)
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| Project Period (FY) |
2015-05-29 – 2020-03-31
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| Keywords | てんかん / 局所脳冷却 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
* てんかんの病態に潜む病態ダイナミクスを多面的に計測することでその本質を理解し、局所脳冷却の技術を用いてその病態を制御する手法を確立することを目的として、① 脳波・脳温・脳血流・頭蓋内圧のマルチモーダルな脳機能計測、②時々刻々と変化するてんかん病態ダイナミクスの情報解析、及び ③ 局所脳冷却による病態制御のそれぞれにおいて新たな治験を得てきた。
* 頭蓋内留置可能なセンサの開発については、臨床研究で病態性脳活動を計測することができた。本成果はIEEE TBMEに論文として採択された。 病態ダイナミクスの理解においては、てんかんの発作の抑制効果てシミュレーションを通じてすでに新しい見解を得ており、その発展形として、冷却による脱同期現象についての検討中である。 局所脳冷却技術については、Pennesモデルと数値流体力学モデルを用いることで、冷却デバイスの形状を具体化することができた。本成果はIEEE TNSREに論文として採択された。動物実験については、麻酔下ラット脳表で観測される病態生脳活動の一つである皮質拡延性脱分極に対する冷却よる抑制効果をを確認した他、温度感受性受容体チャネルが局所脳冷却におけるてんかん性異常脳波の抑制に関わっているかどうかを調べたところ、特定のチャネルにおいて受容体が関与していることがわかってきた。さらに、冷却却デバイスのシミュレーションに必要な係数を算出するため、ネコを用いてチタン製デバイスを用いた局所冷却のデータ取得を実施した。臨床研究については、てんかん焦点切除術における、マルチモーダルセンシングをてんかん焦点に設置しその直上よりチタン製冷却デバイスによる冷却を実施した他、くも膜下出血後の開頭クリッピング術においてマルチモーダルセンサを留置し、術後モニタリングを実施した。
* 最終年度は、統合的なシステムの開発に向けて研究を進める。
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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
① マルチモーダルセンサの試作と計測技術開発：頭蓋内留置可能なセンサを開発し、臨床研究で病態性脳活動を計測することができた。計測結果について術中とベッドサイドモニタリングにわけて解析を進めることで、病態生シグナルの検出に成功すると共に、冷却による多面的脳活動への影響についての知見を得ることができた。本成果はIEEE TBMEに論文として採択された。
② 病態ダイナミクスの理解と解析技術開発：冷却によるてんかんの発作の抑制効果作用メカニズムについてシミュレーションを通じてすでに新しい見解を得ており、その発展形として、冷却による脱同期現象についての検討をするために、シンプルなモデルでのシミュレーションを実施中である。
③ 冷却デバイスの試作と制御技術開発：Pennesモデルと数値流体力学モデルを用いることで、最適流路構造を検討し、効率よく冷却可能なチタン製冷却デバイスの形状を具体化することができた。本成果はIEEE TNSREに論文として採択された。
④動物実験：１）皮質拡延性脱分極を冷却により抑制できることを確認しており、論文化に向けて解析を実施している。２）温度感受性受容体チャネルが局所脳冷却におけるてんかん性異常脳波の抑制に関わっているかどうかを各種アゴニストアンタゴニストを用いて詳細に調べることで、TRPM8チャネルの関与していることがわかった。
⑤臨床研究：1）てんかん焦点切除術において、マルチモーダルセンサをてんかん焦点に設置しその直上よりチタン製冷却デバイスによる冷却を実施した。これによって、マルチモーダルセンサによる脳冷却効果を脳波を含む複数のモダリティで確認することができた。2）くも膜下出血後の開頭クリッピング術においてマルチモーダルセンサを留置し、術後モニタリングを実施した。術後に２０%程度の確率で発生する皮質拡延性脱分極波を複数のモダリティで捉えることに成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
マカクザルの他、ネコを用いたインプラントの実験を実施する。病態モデルとしてはペニシリンGを用いたてんかん焦点モデルと塩化カリウムを用いた皮質拡延性誘発モデルを作製し、無麻酔覚醒状態における動物からのマルチモダリティモニタリングを実施する。また、局所脳冷却も併せてインプラントを実施し、局所脳冷却システムとして駆動試験を実施する。
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[Presentation] Influence of a cooling compound, icilin, on penicillin G-induced epileptiform discharges in a rat model: Validation of focal cortical cooling effects by TRPM8 activation2018
Author(s)
Hiroshi Moriyama, Sadahiro Nomura, Hiroyuki Kida, Takao Inoue, Hirochika Imoto, Yuichi Maruta, Yuichi Fujiyama, Dai Mitsushima, Michiyasu Suzuki.
Organizer
Neuroscience2018
Int'l Joint Research
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