2018 Fiscal Year Annual Research Report

Mesoscopic research on brain activity recorded by surface-type macro-micro hybrid electrode

Research Project

Project/Area Number	16H06260
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	國井尚人東京大学, 医学部附属病院, 助教 (80713940)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords	単一ニューロン活動 / 皮質脳波 / てんかん / 復号化 / brain-machine interface
Outline of Annual Research Achievements	病的・生理的な大脳皮質の神経活動について、微視的な挙動と巨視的な挙動を関連づけて解き明かすべく、マクロ電極と微小電極を組み合わせたハイブリッド電極を用いて下記3つの観点で研究を進めてきた。 ①てんかん性異常時の単一ニューロン活動と皮質脳波の時系列パターンを記述する。②単一ニューロン活動に皮質脳波の情報を加えることにより復号化精度が改善するかを調べる。③ハイブリッド電極を構成する微小電極と硬膜下電極の配置の最適化を図る。 ①2017年度までに計測した4例のデータを解析した。臨床的てんかん発作だけでなく、マクロ電極における起始以前に神経細胞レベルで発火頻度の上昇、低下がみられる神経細胞の存在が確認され、単一ニューロン活動から局所的異常発火へと移行する病的ネットワーク解明の糸口を得た。一方でてんかん焦点との位置関係やマクロ電極の挙動との関係は一定した傾向が観察されず課題を残した。 ②2017年までに、プロトタイプのハイブリッド電極で計測した6例分のデータを解析し、同一部位の単一ニューロンの発火頻度、局所電場電位（LFP）の律動活動、皮質脳波の律動活動を組み合わせて、発声した母音の復号化を行い、58.6%の復号化精度を達成した。スケールの異なる2つの信号を組み合わせることで復号化精度が改善することを示した。これらの成果をFrontiers in Neuroscience誌で報告した。 ③復号化の解析において、単一ニューロンを用いた復号化精度は、分離した単一ニューロンの数に依存することが示された。これらを踏まえて、開発した第2世代、第3世代のハイブリッド電極を用いて計測を行い、復号化精度を63%まで高めることに成功した。
Research Progress Status	平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	平成30年度が最終年度であるため、記入しない。