最も効果的なヒト脳可塑性誘導法の開発：PA-QPSの基礎的/臨床的研究

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K09724
• Research Institution: Fukushima Medical University
• Principal Investigator: 村上 丈伸 福島県立医科大学, 公私立大学の部局等, 助教 (00403428)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: PA-QPS / シナプス可塑性 / 長期増強 / 長期抑圧 / PAS / QPS / 経頭蓋磁気刺激法

Outline of Annual Research Achievements

非侵襲的脳刺激法は刺激パターンによって神経のシナプス可塑性を促通性、抑制性の両方向に変化させることができ、学習効果の増強や精神神経疾患の治療に応用できる。しかしヒトでの非侵襲的刺激では効果の個人差が大きく、期待した効果が得られない場合が多い。我々は4連発磁気刺激法（quadripulse stimulation: QPS）の要素と、末梢神経電気刺激と磁気刺激とのペア刺激法（paired-associative stimulation: PAS）の要素とを組み合わせた新しいプロトコル（paired-associative quadripulse stimulation: PA-QPS）を作製し、皮質脊髄路に効果的で確実な可塑性を誘導できるか検証した。
健常成人を対象として、左一次運動野に経頭蓋磁気刺激を行い、右短拇指外転筋より運動誘発電位を記録した。可塑性変化を誘導する方法として長期抑圧（LTD）様効果を示すQPSとPAS、LTD同士の組み合わせであるPA-QPS（LTD-LTD）、長期増強（LTP）様効果とLTD様効果との組み合わせであるPA-QPS（LTP-LTD）を行った。
PA-QPS（LTD-LTD）では、ほぼ全例で抑圧効果を認め、単独のQPS, PASの抑圧効果よりもさらに強力な抑圧効果を示した。一方でLTP様効果とLTD様効果との組み合わせであるPA-QPS（LTP-LTD）では抑圧効果が消失し、シナプス可塑性変化が認められなかった。
QPSの要素とPASの要素とを組み合わせることでより強い抑圧効果を安定して誘導することができた。PA-QPSを用いることで、パーキンソン病やジストニアといった運動異常症の病態解明や治療的応用に期待できる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

順調に研究が進んでおり、現在は長期増強様効果のプロトコールについて検証している。

Strategy for Future Research Activity

今引き続き長期増強様効果のプロトコールについて検討する。また個人間の反応のばらつきについてもより詳細に検討するために、より多くの被験者からデータ収集し、解析する方針。その後は運動学習に及ぼす影響に関する検証を行っていく。

Causes of Carryover

2016年度は神経生理学的検査法を用いた検討を中心に行った。これは当研究施設の備品ですべて賄われたため、使用する必要がなかった。

Expenditure Plan for Carryover Budget

2017年度は神経生理学的検査法に加えて、運動学習に関する検討を行うことにしている。運動学習を評価するために加速度計と得られたデータの解析用ワークステーションを購入することを予定している。また研究に参加する被験者への謝金や研究発表のための学会参加費、論文校正や掲載費用を計上する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Aalto University(フィンランド)
  • Country Name: FINLAND
  • Counterpart Institution: Aalto University
• [Int'l Joint Research]
  • # of Other Countries: 1
• [Journal Article] Variability in response to quadripulse stimulation of the motor cortex. (2016)
  • Author(s): Nakamura K., Groiss S.J. Hamada M., Enomoto H., Kadowaki S., Abe M., Murakami T., Wiratman W., Chang F., Kobayashi S., Hanajima R., Terao Y., Ugawa Y.
  • Journal Title: Brain Stimulation Volume: 9 Pages: 859-866
  • DOI: 10.1016/j.brs.2016.01.008
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A case of lymphomatosis cerebri mimicking inflammatory diseases. (2016)
  • Author(s): Murakami T., Yoshida K., Segawa M., Yoshihara A., Hoshi A., Nakamura K., Ichikawa M., Suzuki O., Yokoyama Y., Toyoshima Y., Sugiura Y., Ito H., Saito K., Hashimoto Y., Kakita A., Takahashi H., Ugawa Y.
  • Journal Title: BMC Neurology Volume: 16 Pages: 128-132
  • DOI: 10.1186/s12883-016-0655-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Influence of phasic muscle contraction upon the quadripulse stimulation (QPS) aftereffects. (2016)
  • Author(s): Kadowaki S., Enomoto H., Murakami T., Nakatani-Enomoto S., Kobayashi S., Ugawa Y.
  • Journal Title: Clinical Neurophysiology Volume: 127 Pages: 1568-1573
  • DOI: 10.1016/j.clinph.2015.10.063
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] パーキンソン病における［123I］イオフルパンSPECTとMIBG心筋シンチグラフィーとの併用に関する検討. (2016)
  • Author(s): 山田茜, 村上丈伸, 康英真, 飯國洋一郎, 森松暁史, 白田明子, 伊藤浩, 宇川義一, 山根清美
  • Journal Title: 臨床神経 Volume: 56 Pages: 400-406
  • DOI: 10.5692/clinicalneurol.cn-000848
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Expert Meeting: Experience in Autoimmune Encephalitis. (2017)
  • Author(s): Murakami T.
  • Organizer: Jakarta Neurology Exhibition Workshop and Symposium (JakNEWS) 2017
  • Place of Presentation: ジャカルタ インドネシア
  • Year and Date: 2017-03-25 – 2017-03-26
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Brain and Language: What we learned from TMS studies. (2017)
  • Author(s): Murakami T.
  • Organizer: Jakarta Neurology Exhibition Workshop and Symposium (JakNEWS) 2017
  • Place of Presentation: ジャカルタ インドネシア
  • Year and Date: 2017-03-25 – 2017-03-26
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Experiments and modelling pinpoint the cortical activation site of TMS. (2017)
  • Author(s): Laakso I., Murakami T., Hirata A., Ugawa Y.
  • Organizer: 2nd International Brain Stimulation Conference
  • Place of Presentation: バルセロナ スペイン
  • Year and Date: 2017-03-06 – 2017-03-09
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Spike-timing dependent plasticity at spinal motoneurons. 2nd International Brain Stimulation Conference (2017)
  • Author(s): Yamashita A., Murakami T., Kadowaki S., Yoshida K., Ito E., Matsuda N., Chang F.Y., Hattori N., Miyai I., Ugawa Y.
  • Organizer: 2nd International Brain Stimulation Conference
  • Place of Presentation: バルセロナ スペイン
  • Year and Date: 2017-03-06 – 2017-03-09
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Paired associative quadripulse stimulation (PA-QPS) - a new protocol combining homo- and hetero-synaptic plasticity-. (2017)
  • Author(s): Wiratman W., Murakami T., Kobayashi S., Enomoto H., Ugawa Y.
  • Organizer: 2nd International Brain Stimulation Conference
  • Place of Presentation: バルセロナ スペイン
  • Year and Date: 2017-03-06 – 2017-03-09
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Contribution of the motor system to McGurk effect -event-related fMRI and TMS studies-. (2016)
  • Author(s): Murakami T., Fujiwara J., Sakamoto Y., Okamoto M., Mizuochi T., Iwabuchi T., Makuuchi M., Abe M., Kubo H., Matsuda N., Kobayashi S., Ito H., Takenoshita S., Ugawa Y.
  • Organizer: Neuroscience2016
  • Place of Presentation: サンディエゴ アメリカ
  • Year and Date: 2016-11-12 – 2016-11-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 新しいQPS (2016)
  • Author(s): 村上丈伸
  • Organizer: 第46回日本臨床神経生理学会学術大会
  • Place of Presentation: 郡山市 福島県
  • Year and Date: 2016-10-27 – 2016-10-29
  • Invited
• [Presentation] Contribution of the motor system to the multisensory integration (2016)
  • Author(s): Murakami T.
  • Organizer: 第31回日本生体磁気学会大会
  • Place of Presentation: 金沢市 石川県
  • Year and Date: 2016-06-09 – 2016-06-10