Creation of the most effective method for induction of synaptic plasticity in human brain: paired-associative quadripulse stimulation (PA-QPS)

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K09724
• Research Institution: Fukushima Medical University
• Principal Investigator: 村上 丈伸 福島県立医科大学, 医学部, 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（TMS）と末梢神経電気刺激とを組み合わせた新しいプロトコル（paired-associative quadripulse stimulation: PA-QPS）を考案し、皮質脊髄路に効果的で確実なシナプス可塑性を誘導できるか検証した。
右利き健常成人を対象とし、被験者は快適なリクライニングチェアに座った。右短拇指外転筋に導出電極を装着し、左一次運動野にTMSを行い、安静時での運動誘発電位（MEP）を記録した。4連発の運動閾値下磁気刺激と4連発の正中神経電気刺激とを組み合わせたPA-QPSを行い、皮質脊髄路の可塑性変化を誘導した。その後のMEPの変化について10分毎に60分まで記録した。
PA-QPSは、4連発磁気刺激の刺激間隔によって、興奮性・抑圧性の両方向性の効果を誘導することができた。さらに電気刺激の刺激タイミングによって抑圧性効果がさらに増強されたり、逆に効果を消失させることができた。多数の被験者でPA-QPSの効果を検証したところ、ほかのTMSプロトコルに比べて抑圧性効果が比較的安定していることが確認された。
PA-QPSは皮質脊髄路に効果的で確実な抑圧的効果を誘導できることが示された。さらに、末梢神経からの入力のタイミングにより、PA-QPSの効果が制御されることが分かった。PA-QPSは将来的には感覚運動連関の機能障害とされるジストニア患者の治療として臨床応用できる可能性が示唆された。

Research Products

• [Journal Article] A unique shape of the brainstem lesion causing orthostatic hypotension in anti-NMDAR encephalitis. (2019)
  • Author(s): Murakami T., Nakatani-Enomoto S., Enomoto H., Takahashi Y., Ugawa Y.
  • Journal Title: Internal Medicine Volume: - Pages: -
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Novel pathogenic XK mutations in McLeod syndrome and interaction between XK protein and chorein. (2019)
  • Author(s): Urata Y., Nakamura M., Sasaki N., Shiokawa N., Nishida Y., Arai K., Hiwatashi H., Yokoyama I., Narumi S., Terayama Y., Murakami T., Ugawa Y., Sakamoto H., Kaneko S., Nakazawa Y., Yamasaki R., Sadashima S., Sakai T., Arai H., Sano A.
  • Journal Title: Neurology: Genetics Volume: - Pages: -
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Coil model comparison for cerebellar transcranial magnetic stimulation. (2019)
  • Author(s): Can M., Laakso I., Nieminen J., Murakami T., Ugawa Y.
  • Journal Title: Biomedical Physics and Engineering Express Volume: - Pages: -
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 化膿性脳室炎を合併した細菌性髄膜炎における抗菌薬治療～自験例と症例報告の検討～ (2019)
  • Author(s): 時村瞭, 井口正寛, 伊藤英一, 村上丈伸, 宇川義一.
  • Journal Title: 臨床神経 Volume: 59 Pages: 133-138
  • DOI: 10.5692/clinicalneurol.cn-001210
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A multi-scale computational approach based on TMS experiments for the assessment of electro-stimulation thresholds of the brain at intermediate frequencies. (2018)
  • Author(s): Soldati M., Mikkonen M., Laakso I., Murakami T., Ugawa Y., Hirata A.
  • Journal Title: Physics in Medicine and Biology Volume: 63 Pages: -
  • DOI: 10.1088/1361-6560/aae932
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The motor network reduces multisensory illusory perception. (2018)
  • Author(s): Murakami T., Abe M., Wiratman W., Fujiwara J., Okamoto M., Mizuochi-Endo T., Iwabuchi T., Makuuchi M., Yamashita A., Tiksnadi A., Chang F-Y., Kubo H., Matsuda N., Kobayashi S., Eifuku S., Ugawa Y.
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Volume: 38 Pages: 9679-9688
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3650-17.2018
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Where and what TMS activates: Experiments and modeling. (2018)
  • Author(s): Laakso I., Murakami T., Hirata A., Ugawa Y.
  • Journal Title: Brain Stimulation Volume: 11 Pages: 166-174
  • DOI: 10.1016/j.brs.2017.09.011
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] TMS can detect abnormal synaptic plasticity associated with amyloid-beta and Tau pathology in early staged dementia. (2019)
  • Author(s): Murakami T., Abe M., Tiksnadi A., Futamura M., Kobayashi N., Hashimoto Y., Ugawa Y.
  • Organizer: 3rd Brain Stimulation Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Peripheral electrical nerve stimulation modulated QPS-induced synaptic plasticity. (2019)
  • Author(s): Murakami T.
  • Organizer: 3rd Brain Stimulation Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Higher efficacy and less inter-individual variability in QPS than TBS: head to head comparison study. (2019)
  • Author(s): Tiksnadi A., Murakami T., Wiratman W., Ugawa Y.
  • Organizer: 3rd Brain Stimulation Conference
• [Presentation] 著明な脊髄萎縮を認めたミトコンドリア病の52歳女性例 (2019)
  • Author(s): 時村瞭, 安田恵, 阿部亜妃子, 黒見祐美子, 板垣裕也, 阿部暖, 服部香寿美, 村上丈伸, 金井数明
  • Organizer: 第103回日本神経学会東北地方会
• [Presentation] 多発脳神経麻痺で発症し進行性の筋力低下を呈した82歳女性例 (2019)
  • Author(s): 阿部暖, 榎本雪, 板垣裕也, 阿部亜妃子, 時村瞭, 安田恵, 吉田健二, 村上丈伸, 金井数明
  • Organizer: 第103回日本神経学会東北地方会
• [Presentation] 診断に苦慮した中枢神経原発悪性リンパ腫の1例 (2019)
  • Author(s): 阿部亜妃子, 吉田健二, 板垣裕也, 阿部暖, 時村瞭, 服部香寿美, 黒見祐美子, 安田恵, 村上丈伸, 小林俊輔, 榎本博之, 金井数明, 宇川義一
  • Organizer: 第216回日本内科学会東北地方会
• [Presentation] Peripheral electrical nerve stimulation modulated QPS-induced synaptic plasticity. (2018)
  • Author(s): Wiratman W., Murakami T., Kobayashi S., Enomoto H., Ugawa Y.
  • Organizer: 4th Taiwan International Congress of Parkinson’s Disease and Movement Disorder
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 磁気刺激による聴覚視覚統合の干渉－マガーク効果を用いた検討－ (2018)
  • Author(s): 村上丈伸
  • Organizer: 第48回日本臨床神経生理学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] 下位運動ニューロン症状でマスクされた上位運動ニューロン障害のCMCTによる検出：ALSにおいて (2018)
  • Author(s): 時村瞭, 村上丈伸, 小林俊輔, 榎本博之, 宇川義一
  • Organizer: 第48回日本臨床神経生理学会学術大会
• [Presentation] 下肢の錐体路障害を認めたMcLeod症候群の一例 (2018)
  • Author(s): 阿部暖, 村上丈伸, 松本英之, 時村瞭, 服部香寿美, 黒見祐美子, 吉田健二, 安田恵, 阿部十也, 小林俊輔, 榎本博之, 中村雅之, 佐野輝, 宇川義一
  • Organizer: 第48回日本臨床神経生理学会学術大会
• [Presentation] 臨床倫理四分割法を用いた退院支援カンファレンスへの介入と今後の課題 (2018)
  • Author(s): 後藤真明, 五十嵐暁子, 菅野京子, 村上丈伸, 三川武彦, 和泉啓司
  • Organizer: 第57回全国自治体病院学会
• [Presentation] 重症筋無力症でステロイド治療中に抗ARS抗体陽性多発筋炎を発症した一例 (2018)
  • Author(s): 阿部亜妃子, 吉田健二, 板垣裕也, 阿部暖, 時村瞭, 服部香寿美, 黒見祐美子, 安田恵, 村上丈伸, 榎本博之, 宇川義一
  • Organizer: 第102回日本神経学会東北地方会
• [Presentation] 水疱を伴わない帯状疱疹（zoster sine herpete）に続発して, 無菌性髄膜炎・動眼神経麻痺・脳血管症・脊髄炎を来し, 診断と治療に難渋した一例 (2018)
  • Author(s): 板垣裕也, 松田希, 田中翔子, 阿部暖, 服部香寿美, 中津秀幸, 安田恵, 村上丈伸, 吉田健二, 榎本博之, 宇川義一
  • Organizer: 第102回日本神経学会東北地方会
• [Presentation] The motor system reduces McGurk illusion -event-related fMRI and TMS studies-. (2018)
  • Author(s): Murakami T., Abe M., Fujiwara J., Makuuchi M., Kobayashi S., Eifuku S., UgawaY.
  • Organizer: BrainBox Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Lymphocytic primary angiitis of the central nervous system (PACNS) の一例 (2018)
  • Author(s): 村上丈伸, 服部香寿美, 飯島綾子, 小鷹昌明, 佐久間潤, 齋藤清, 宇川義一
  • Organizer: 第23回福島脳血管障害治療研究会
• [Presentation] McLeod症候群での中枢運動伝導時間と運動野皮質内抑制/促通機能 (2018)
  • Author(s): 阿部暖, 村上丈伸, 松本英之, 時村瞭, 服部香寿美, 黒見祐美子, 吉田健二, 安田恵, 阿部十也, 中村雅之, 佐野輝, 宇川義一
  • Organizer: 第59回日本神経学会学術大会
• [Presentation] 中枢運動神経伝導時間による筋萎縮性側索硬化症における上位運動ニューロン障害の検出 (2018)
  • Author(s): 時村瞭, 村上丈伸, 宇川義一
  • Organizer: 第59回日本神経学会学術大会
• [Presentation] Spike-timing dependent bidirectional plasticity in the human spinal motoneurons. (2018)
  • Author(s): Murakami T.
  • Organizer: The 31st International Congress of Clinical Neurophysiology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Detection of upper motor neuron impairment in ALS with central motor conduction time. (2018)
  • Author(s): Murakami T., Tokimura R., Nakatani-Enomoto S., Enomoto H., Ugawa Y.
  • Organizer: The 31st International Congress of Clinical Neurophysiology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Strength of peripheral nerve stimulation impacts on the magnitude of synaptic plasticity induced at spinal motoneurons. (2018)
  • Author(s): Yamashita A., Murakami T., Kadowaki S., Yoshida K., Ito E., Matsuda N., Chang F-Y., Hattori N., Miyai I., Ugawa Y.
  • Organizer: The 31st International Congress of Clinical Neurophysiology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 認知症診療の展望と福島医大脳疾患センターにおける取り組み (2018)
  • Author(s): 村上丈伸
  • Organizer: 第26回福島内科フォーラム
  • Invited