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2016 Fiscal Year Annual Research Report

機能テンプレートによる高速デコーディング/フィードバック融合BMIの開発

Research Project

Project/Area Number 16H05434
Research InstitutionAsahikawa Medical College

Principal Investigator

鎌田 恭輔  旭川医科大学, 医学部, 教授 (80372374)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 河野 剛士  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70452216)
國井 尚人  東京大学, 医学部附属病院, 助教 (80713940)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2020-03-31
Keywords機能的MRI / 脳波計測 / 頭蓋内電位計測
Outline of Annual Research Achievements

脳波-機能的MRIの同時計測を可能とした。また機能的MRIではリアルタイムで脳機能を抽出することも可能とし、自動判別ソフトウエアにより、被験者の視覚認知部位の同定、判別を行うことができるようになった。安静時機能的MRIによるネットワーク解析では、EEGを同時計測したことにより、心拍、呼吸などの生理的なノイズが解析に及ぼすリスクについて検討を重ねており、現在MRIのバージョンアップを考慮し、高速機能的MRIにより生理的ノイズの除去を試みている。その一方で頭蓋内留置した電極から脳表電位を計測し、リアルタイムに高周波律動を抽出、画像化する装置を開発した。この高周波律動は脳機能局在をよく反映しているといわれているため、視覚刺激により物品、顔、色、仮名などを提示して、視覚認知部位を個々の患者で同定した。その結果同定部位を微弱な電流により刺激することにより、患者の視界に色、顔などの物体を認識させることに成功した。電位計測と電気刺激により患者の視覚認知部位を温存して、より安全な手術方法を確立することができた。このような物品を視野内に誘発することができることは、今後コミュニケーション関連のBMI開発の一助となる可能性が期待できる。脳波解読により脳卒中患者のリハビリテーションに関して感覚・視覚フィードバックを行う装置も完成した。これは解析読み取り時間を250msecから1000msecとしたことにより劇的に解析精度が向上した。脳卒中患者は年間100症例以上いるため、このリハビリテーションにつながるリアルタイムフィードバックシステムを患者に応用して、Prospective ranndamized control studyを行う。更に隣接するリハビリテーションセンターとも同様なシステムを導入したため、急性期から慢性期に至る脳内機能の変容とリハビリテーションの効果についても解析をすすめていく。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

上述したが機能的MRIには心拍などの生理的ノイズが混入していることが判明した。脳波-機能的MRIの同時計測を可能とした。また機能的MRIではリアルタイムで脳機能を抽出することも可能とし、自動判別ソフトウエアにより、被験者の視覚認知部位の同定、判別を行うことができるようになった。その一方で安静時機能的MRIによるネットワーク解析では、EEGを同時計測したことにより、心拍、呼吸なのの生理的なのノイズが解析に及ぼすリスクについて検討を重ねているところである。現在MRIのバージョンアップを考慮し、高速機能的MRIにより生理的ノイズの除去を試みる。上述した脳皮質電気刺激方法であるが、現在直径1.5mm, 電極間距離5mmの高密度電極を使用している。これは頭蓋内電位の高密度機能地図作成には適している。しかし、その一方で電気刺激する時の流れる電流量がそれぞれの設置面積で異なり、結果通常電極に比して電気刺激が弱くなっている可能性がある。このため、一例視覚誘発ができなかった症例を経験した。現在4チャンネル同時刺激装置の開発を重ね、安定した視覚誘発刺激を行える装置、体制、倫理委員会の申請をおこなっている。

Strategy for Future Research Activity

目的としていた代表的な脳皮質電位、皮質皮質誘発電位による脳内の典型的なネットワークのテンプレート化には成功した。特に脳皮質電位は高周波律動のみに着目していたため、より周波数の低いベータ、ガンマ、アルファ波の変化も同時に計測、定量化を行う。また、同一課題内においても脳各部位の活動ダイナミクスが大きく異なり、この特徴に重み付けをつけることで、より効率的な脳機能の読み取りが可能となる。脳波解読により脳卒中患者のリハビリテーションに関して感覚・視覚フィードバックを行う装置も完成した。これは当初は解析読み取り時間は250msecしか用いていないため、運動早期の解析精度は乏しかった。このため解析時間を1000msecとしたことにより劇的に解析精度が向上した。脳卒中患者は年間100症例以上いるため、このリハビリテーションにつながるリアルタイムフィードバックシステムを患者に応用して、Prospective ranndamized control studyを行う。さらに隣接するリハビリテーションセンターとも同様なシステムを導入したため、急性期から慢性期に至る、脳内機能の変容とリハビリテーションの効果についても解析をすすめていく

  • Research Products

    (42 results)

All 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (10 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results) Presentation (28 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 24 results) Book (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] g-tec社(オーストリア)

    • Country Name
      AUSTRIA
    • Counterpart Institution
      g-tec社
  • [Journal Article] Clinical Impact and Implication of Real-Time Oscillation Analysis for Language Mapping2017

    • Author(s)
      Ogawa H, Kamada K, Kapeller C, Pruckle R, Takeuchi F, Hiroshima S, Anei R, Guger C
    • Journal Title

      World Neurosurgery

      Volume: 97 Pages: 123-131

    • DOI

      10.1016/j.wneu.2016.09.031.

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 体性感覚誘発磁場(SEF)2017

    • Author(s)
      露口尚弘、鎌田恭輔 著 者 名
    • Journal Title

      CLINICAL NEUROSCIENCE

      Volume: 25(2) Pages: 210-214

  • [Journal Article] Risk factors for neurological worsening and symptomatic watershed infarction in internal carotid artery aneurysm treated by extracranial-intracranial bypass using radial artery graft2016

    • Author(s)
      Matsukawa H, Tanikawa R, Kamiyama H, Tsuboi T, Noda K, Ota N, Miyata S, Oda J, Takeda R, Tokuda S, Kamada K
    • Journal Title

      J Neurosurgery

      Volume: 125(2) Pages: 239-246

    • DOI

      10.3171/2015.5.JNS142524.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Long-term outcome and neuroradiologic changes after multiple hippocampal transection combined with multiple subpial transection or lesionectomy for temporal lobe epilepsy2016

    • Author(s)
      Usami K, Kubota M, Kawai K, Kunii N, Matsuo T, Ibayashi K, Takahashi M, Kamada K, Momose T, Aoki S, Saito N
    • Journal Title

      Epilepsia

      Volume: 57(6) Pages: 931-940

    • DOI

      10.1111/epi.13374

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Passive language mapping combining real-time oscillation analysis with corticocortical evoked potentials for awake craniotomy2016

    • Author(s)
      Tamura Y, Ogawa H, Kapeller C, Prueckl R, Takeuchi F, Anei R, Rittaccio A, Guger C, Kamada K
    • Journal Title

      J Neurosurgery

      Volume: 125(6) Pages: 1580-1588

    • DOI

      10.3171/2015.4.JNS15193.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Bypass Revascularization Applied to the Posterior Cerebral Artery2016

    • Author(s)
      Ota N, Goehre F, Miyazaki T, Kinoshita Y, Matsukawa H, Yanagisawa T, Sakakibara F, Saito N, Miyata S, Noda K, Tsuboi T, Kamiyama H, Tokuda S, Kamada K, Tanikawa R
    • Journal Title

      World Neurosurgery

      Volume: 96 Pages: 460-472

    • DOI

      10.1016/j.wneu.2016.09.031.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 難治性てんかんの外科治療 -術前診断と外科治療のオプション-2016

    • Author(s)
      鎌田恭輔
    • Journal Title

      医学と薬学

      Volume: 73(5) Pages: 557-572

  • [Journal Article] 再発眼窩内視神経膠腫の摘出と周辺構造の同定 シリーズわたしの手術記載②2016

    • Author(s)
      鎌田恭輔
    • Journal Title

      新NS NOW 脳波判読の基礎と手術への応用-脳波ギライを克服しよう

      Volume: 7 Pages: 174-179

  • [Journal Article] 脳腫瘍の病理検査・診断 髄液細胞診2016

    • Author(s)
      鎌田恭輔、安栄良悟
    • Journal Title

      日本臨床 脳腫瘍学-基礎研究と臨床研究の進歩-

      Volume: 74(増刊号7) Pages: 510-512

  • [Journal Article] 誰もができる機能画像・術中モニタリング2016

    • Author(s)
      鎌田恭輔
    • Journal Title

      新NS NOW  脳神経外科手術のコンパス 術中機能・画像情報モニタ リングマニュアル

      Volume: 8 Pages: 64-76

  • [Presentation] 他分野との協力による脳機能可視化の臨床応用2017

    • Author(s)
      鎌田恭輔、小川博司、広島 覚、國井尚人、Guger C
    • Organizer
      第56回日本定位・機能神経外科学会
    • Invited
  • [Presentation] 難治性てんかんとは?~アプローチと外科治療のオプション~2017

    • Author(s)
      鎌田恭輔
    • Organizer
      深川医師会学術講演会
    • Invited
  • [Presentation] 難治性てんかんとは?~アプローチと外科治療のオプション~2017

    • Author(s)
      鎌田恭輔
    • Organizer
      上川北部学術講演会
    • Invited
  • [Presentation] リアルタイム脳皮質電位-脳波解読による運動・視覚機能変容のダイナミズム2017

    • Author(s)
      鎌田恭輔
    • Organizer
      第4回身体性システム科学全体会議2017
  • [Presentation] リアルタイム高周波律動-蛍光分光システムによる機能・組織マッピング2017

    • Author(s)
      鎌田恭輔、広島 覚、小川博司、田村有希恵、竹内文也、Guger C、安栄良悟
    • Organizer
      第40回日本脳神経CI学会総会
  • [Presentation] Super-passive language mapping combining real-time oscillation analysis with cortico-cortical evoked potentials for awake craniotomy2016

    • Author(s)
      Kamada K
    • Organizer
      5Th Mt. Bandai and Panpacific Joint Neurosurgical Convention 2016
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Super-passive language mapping combining real-time oscillation analysis with cortico-cortical evoked potentials for awake craniotomy2016

    • Author(s)
      Kamada K
    • Organizer
      1st EMBOSS 2016
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] てんかん外科手術から得られる病態生理2016

    • Author(s)
      鎌田恭輔
    • Organizer
      第36回日本脳神経外科コングレス総会
    • Invited
  • [Presentation] リアルタイムECoGマッピング・デコーディングによる言語性システムの変容2016

    • Author(s)
      鎌田恭輔
    • Organizer
      第7回日本ニューロリハビリテーション学会学術集会
    • Invited
  • [Presentation] リアルタイムECoGマッピングによる機能connectomeの可視化2016

    • Author(s)
      鎌田恭輔
    • Organizer
      第7回日本ニューロリハビリテーション学会学術集会
  • [Presentation] Stroke rehabilitation at Asahikawa University2016

    • Author(s)
      Kamada K
    • Organizer
      recoveriX and mindBEAGLE workshop BCI meeting
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Stroke rehabilitation using recoveriX2016

    • Author(s)
      Kamada K
    • Organizer
      BCI meeting
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Novel passive language mapping with mild awake state for tumor surgery2016

    • Author(s)
      Kamada K, Tamura Y, Ogawa H, Anei R
    • Organizer
      7th Japan-India Neurosurgery meeting
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 実体・時系列からみた蛍光・電気信号の3D処理2016

    • Author(s)
      鎌田恭輔
    • Organizer
      第19回日本臨床脳神経外科学会
    • Invited
  • [Presentation] Clinical Impact of Real-time passive mapping2016

    • Author(s)
      Kamada K
    • Organizer
      38th EMBC Workshops & Tutorials
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Clinical Application of Functional Imaging and Real-time ECoG processing2016

    • Author(s)
      Kamada K
    • Organizer
      Florida Children Hospital meeting
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 基礎科学の臨床応用を目指したチーム力のポテンシャル2016

    • Author(s)
      鎌田恭輔
    • Organizer
      平成28年度 神経科学セミナー
    • Invited
  • [Presentation] 電気生理・蛍光解析による術中モニタリング・マッピング2016

    • Author(s)
      鎌田恭輔
    • Organizer
      第21回日本脳腫瘍の外科学会
    • Invited
  • [Presentation] Real-time Passive recordingの有用性2016

    • Author(s)
      鎌田恭輔
    • Organizer
      第21回日本脳腫瘍の外科学会
    • Invited
  • [Presentation] 難治性てんかんの外科適応 -術前診断と外科治療のオプション-2016

    • Author(s)
      鎌田恭輔
    • Organizer
      オホーツクてんかんセミナー
    • Invited
  • [Presentation] 脳皮質電位-白質画像融合による機能内ネットワーク可視化‐他分野とのつながりの重要性2016

    • Author(s)
      鎌田恭輔
    • Organizer
      日本脳神経外科学会第75回学術総会 特別企画機能ネットワーク解明から治療への応用-米国レジデントとの語らいと夢-
    • Invited
  • [Presentation] ECoG-based BCI for motor function2016

    • Author(s)
      Kamada K
    • Organizer
      BIOMAG 2016
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] リアルタイム蛍光分光システムによる信号強度と組織特徴の解析2016

    • Author(s)
      鎌田恭輔
    • Organizer
      第37回日本レーザー医学会総会
    • Invited
  • [Presentation] リアルタイムCCEP解析ソフトウエアの開発2016

    • Author(s)
      鎌田恭輔
    • Organizer
      第46回日本臨床神経生理学会学術大会
    • Invited
  • [Presentation] 神経・自然科学を取り込むてんかん外科治療-発想から実用にむけて-2016

    • Author(s)
      鎌田恭輔
    • Organizer
      第126回山口県脳神経外科懇話会
    • Invited
  • [Presentation] 身体部位別の視覚認知関連脳皮質電位の読み取り2016

    • Author(s)
      鎌田恭輔
    • Organizer
      H28年身体性システム脳班(A1.A2.A3)+B2+C2合同班会議
  • [Presentation] Passive mapping and active monitoring of ECoG in brain pathology2016

    • Author(s)
      Kamada K
    • Organizer
      11th International Workshop on Advances in Electrocorticography
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 治せる難治性てんかん-術前診断と外科治療のオプション-2016

    • Author(s)
      鎌田恭輔
    • Organizer
      室蘭市医師会学術講演会
    • Invited
  • [Book] Clinical Applications of Magnetoencephalography2016

    • Author(s)
      Kamada K
    • Total Pages
      330
    • Publisher
      Springer
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 手術顕微鏡搭載式蛍光分光装置による腫瘍性病変部診断システム2016

    • Inventor(s)
      鎌田恭輔
    • Industrial Property Rights Holder
      鎌田恭輔
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      PCT/JP2016/065272
    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 血管内血流動態の画像処理処方法及びシステム2016

    • Inventor(s)
      鎌田恭輔
    • Industrial Property Rights Holder
      鎌田恭輔
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      第5953437号

URL: 

Published: 2018-12-17  

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