2020 Fiscal Year Annual Research Report
Neural basis of semantic memory network: A combined electrocorticographic decoding, stimulation and lesion study
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18H02709
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
松本 理器 神戸大学, 医学研究科, 教授 (00378754)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 直行 公立はこだて未来大学, システム情報科学部, 教授 (70312668)
池田 昭夫 京都大学, 医学研究科, 特定教授 (90212761)
菊池 隆幸 京都大学, 医学研究科, 助教 (40625084)
國枝 武治 愛媛大学, 医学系研究科, 教授 (60609931)
松橋 眞生 京都大学, 医学研究科, 特定准教授 (40456885)
下竹 昭寛 京都大学, 医学研究科, 助教 (80726000)
澤本 伸克 京都大学, 医学研究科, 教授 (90397547)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 意味記憶 / 皮質電気刺激マッピング / 皮質脳波 / 皮質皮質間誘発電位 / 神経心理 / 機能代償 / デコーディング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
意味記憶ネットワークの脳内神経基盤解明のため包括的研究を推進した。術前評価に硬膜下電極を慢性留置した難治てんかん外科患者で研究に同意を得た者を対象とした。皮質電気刺激による臨床言語マッピング結果から側頭葉底面前方領域はモダリティによらない意味記憶中枢であることを明らかにした（国際学会、国内学会発表）。呼称課題下の皮質脳波からevent-related causalityによる電極間の情報伝播を解析し、側頭葉底面-後頭葉、後頭葉内部での生物・非生物での情報処理の伝播が示された(国内学会発表)。刺激介入による複数の言語課題の言語マッピングの主成分分析から中核の言語・意味記憶機能を抽出し、その脳内結合様式から、意味記憶についての機能解剖学的分布について発表した（国内学会発表）。意味記憶の側頭葉底面内での時間解剖学的な情報処理のモデルを構築し、呼称課題下の皮質脳波活動との相同性を示した（論文投稿中）。意味記憶ネットワーク動態の解明のため、電気的白質線維追跡法(CCEP）によるネットワークマッピングの症例を蓄積した。術中のCCEP計測から、背側と腹側言語ネットワークの結合様式を明らかにし、下側頭回の前後軸で機能・結合の両面から勾配が存在を示し意味記憶関連のネットワークを明らかにした（論文発表１報）。12症例のCCEP解析から言語野においてはインバウンドな機能結合が多いことを明らかにした（国内学会発表）。言語と意味記憶について認知神経科学と臨床神経生理学の融合という点で総説を発表した（論文発表1報）。意味記憶のハブ領域切除後の機能代償機転の解明について、難治側頭葉てんかん患者11例において、経時的な意味記憶評価を行い、側頭葉前方領域の意味記憶の機能可塑性につき明らかにし、引き続き論文準備中である。社会性表象についての神経心理課題を設定し、てんかん患者おいて検査症例の蓄積を行った。
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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
術前評価に頭蓋内電極を留置する難治部分てんかん・脳腫瘍患者（項目A、B）、前部側頭葉を切除する難治部分てんかん・脳症患者（項目C）で、同意が得られた者を対象に、引き続き研究を進める。
A. 皮質脳波解読・刺激介入によるネットワーク内の機能勾配の解明：各種モダリティを用いた意味記憶関連課題中の皮質律動を直接記録し、ハブ内の階層性、側方性・半球間の機能分担について明らかにする。皮質脳波を機械学習や重回帰解析から意味表象のデコーディングを行う。デコーディング時の各電極の重み付け情報と高頻度皮質電気刺激による障害様式、そして後述の結合動態から、ネットワーク内のハブとスポークの同定をめざす。
B. 機能的・因果結合解析を加味した意味記憶ネットワーク動態の解明：網羅的に記録した皮質・皮質間誘発電位（CCEP）の分布から、関連皮質領野間の皮質間結合地図を優れた空間解像度で同定する。この青写真を参照し、課題下の重回帰解析の重み付け情報を用いたコヒーレンス解析や多次元因果性解析を行い、100ミリ秒毎の領域間の結合動態を明らかにする。
C. ハブ切除後のシステムレベルの機能代償機転の包括的解明：言語理解・社会的概念におけるハブの側方性に重点を置き、一側の前部側頭葉切除を行う脳外科患者で、切除直後の障害様式から半球間の機能分担を明らかにし、縦断的な心理定量評価から機能代償機転を解明する。また、自然読字課題時のハブ領域のデコーディングの重み付け情報から個々の患者で読字における意味アクセス依存度を定量化し、症例蓄積からハブ領域へのアクセス指数の読字障害予測マーカーとしての有用性を明らかにし、術後の読字障害（特に漢字）の予測を試みる。
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| Strategy for Future Research Activity |
術前評価に頭蓋内電極を留置する難治部分てんかん・脳腫瘍患者（項目A、B）、前部側頭葉を切除する難治部分てんかん・脳症患者（項目C）で、同意が得られた者を対象に、引き続き研究を進める。
A. 皮質脳波解読・刺激介入によるネットワーク内の機能勾配の解明：各種モダリティを用いた意味記憶関連課題中の皮質律動を直接記録し、ハブ内の階層性を解明する。言語性表象・社会性表象におけるハブの側方性・半球間の機能分担について明らかにする。皮質脳波を機械学習や重回帰解析から意味表象（生物・非生物やより詳細な意味表象マトリックス）のデコーディングを行う。デコーディング時の各電極の重み付け情報と高頻度皮質電気刺激による障害様式、そして後述の結合動態から、ネットワーク内のハブとスポークの同定をめざす。
B. 機能的・因果結合解析を加味した意味記憶ネットワーク動態の解明：網羅的に記録した皮質・皮質間誘発電位（CCEP）の分布から、関連皮質領野間の皮質間結合地図を優れた空間解像度で同定する。この青写真を参照し、課題下の重回帰解析の重み付け情報を用いたコヒーレンス解析や多次元因果性解析を行い、100ミリ秒毎の領域間の結合動態を明らかにする。
C. ハブ切除後のシステムレベルの機能代償機転の包括的解明：言語理解・社会的概念におけるハブの側方性に重点を置き、一側の前部側頭葉切除を行う脳外科患者で、切除直後の障害様式から半球間の機能分担を明らかにする。神経心理と各種MRI計測により縦断的な定量評価を行い、システムレベルの機能代償機転を解明する。また、自然読字課題時のハブ領域のデコーディングの重み付け情報から個々の患者で読字における意味アクセス依存度を定量化し、症例蓄積からハブ領域へのアクセス指数の読字障害予測マーカーとしての有用性を明らかにし、術後の読字障害（特に漢字）の予測を試みる。
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[Journal Article] Cortico-cortical evoked potential by single-pulse electrical stimulation is a generally safe procedure2021
Author(s)
Kobayashi K, Matsumoto R, Usami K, Matsuhashi M, Shimotake A, Kikuchi T, Yoshida K, Kunieda T, Miyamoto S, Takahashi R, Ikeda A
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Journal Title
Clinical Neurophysiology
Volume: 132
Pages: 1033-1040
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Connectivity Gradient in the Human Left Inferior Frontal Gyrus: Intraoperative Cortico-Cortical Evoked Potential Study2020
Author(s)
Nakae T, Matsumoto R, Kunieda T, Arakawa Y, Kobayashi K, Shimotake A, Yamao Y, Kikuchi T, Aso T, Matsuhashi M, Yoshida K, Ikeda A, Takahashi R, Lambon-Ralph M, Miyamoto S
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Journal Title
Cerebral Cortex
Volume: 30
Pages: 4633-4650
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Engagement of cortico-cortical and cortico-subcortical networks in a patient with epileptic spasms: An integrated neurophysiological study2020
Author(s)
Inoue T, Kobayashi K, Matsumoto R, Inouchi M, Togo M, Togawa J, Usami K, Shimotake A, Matsuhashi M, Kikuchi T, Yoshida K, Kawawaki H, Sawamoto N, Kunieda T, Miyamoto S, Takahashi R, Ikeda A
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Journal Title
Clinical Neurophysiology
Volume: 131
Pages: 2255-2264
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] てんかん外科の皮質電気刺激による言語機能マッピングにおける機能解剖連関の検討2020
Author(s)
尾谷 真弓, 松本 理器, 下竹 昭寛, 坂本 光弘, 中江 卓郎, 松橋 眞生, 菊池 隆幸, 吉田 和道, 國枝 武治, Matthew A.Lambon-Ralph, 宮本 享, 高橋 良輔, 池田 昭夫
Organizer
第50回日本臨床神経生理学会学術大会
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[Presentation] 生物・非生物の視覚刺激は脳後方で異なる神経活動伝播をもたらす2020
Author(s)
宇佐美 清英, 松本 理器, Anna Korzeniewska, 下竹 昭寛, 中江 卓郎, 松橋 眞生, 菊池 隆幸, 吉田 和道, 國枝 武治, 高橋 良輔, Nathan Crone, Matthew A.Lambon-Ralph, 池田 昭夫
Organizer
第50回日本臨床神経生理学会学術集会
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[Presentation] Neural processes during picture naming are lateralized and category-biased in occipitotemporal areas2020
Author(s)
Usami K, Matsumoto R, Korzeniewska A, Shimotake A, Nakae T, Matsuhashi M, Kikuchi T, Yoshida K, Kunieda T, Takahashi R, Crone N, Lambon-Ralph M, Ikeda A
Organizer
第61回日本神経学会学術大会
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[Presentation] Anatomo-functional characteristics of the basal temporal language area: density mapping analysis in the MNI standard space2020
Author(s)
Matoba K, Matsumoto R, Shimotake A, Nakae T, Imamura H, Togo M, Yamao Y, Usami K, Kikuchi T, Matsuhashi M, Kunieda T, Takahashi R, Miyamoto S, Ikeda A
Organizer
Society for the Neuro-biology of Language
Int'l Joint Research
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[Presentation] Characteristics of the intercortical epileptic network: a cortico-cortical evoked potential study2020
Author(s)
十河 正弥, 松本 理器, 迎 伸孝 小林 勝哉, 宇佐美 清英, 下竹 昭寛, 中江 卓郎, 菊池 隆幸, 吉田 和道, 松橋 眞生, 國枝 武治, 宮本 享, 髙橋 良輔, 池田 昭夫
Organizer
第61回日本神経学会学術大会
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[Presentation] ヒト一次運動感覚野と高次運動/言語皮質における皮質間ネットワークの特徴の差異：皮質皮質間誘発電位を用いた検討2020
Author(s)
十河 正弥, 松本 理器, 迎 伸孝, 武山 博文, 中江 卓郎, 小林 勝哉, 宇佐美 清英, 下竹 昭寛, 松橋 眞生, 菊池 隆幸, 吉田 和道, 國枝 武治, 宮本 享, 髙橋 良輔, 池田 昭夫
Organizer
第44回日本神経科学大会
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[Presentation] 側頭葉底面言語野の機能・解剖学的特徴：標準脳上での密度分布解析2020
Author(s)
的場健人, 松本理器, 下竹昭寛, 中江卓郎, 今村久司, 十河正弥, 山尾幸広, 宇佐美清英, 菊池隆幸, 吉田和道, 松橋眞生, 國枝武治, 高橋良輔, 宮本享, 池田昭夫
Organizer
第50回日本臨床神経生理学会学術大会
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[Presentation] 難治部分てんかん患者における皮質間ネットワークの特徴と臨床所見との関連：皮質皮質間誘発電位を用いた検討2020
Author(s)
十河正弥, 松本理器, 武山博文, 小林勝哉, 宇佐美清英, 下竹昭寛, 松橋眞生, 菊池隆幸, 吉田和道, 國枝武治, 宮本享, 髙橋良輔, 池田昭夫
Organizer
第50回日本臨床神経生理学会学術大会
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