2018 Fiscal Year Research-status Report
非侵襲的言語マッピング法の開発:刺激介入から脳情報解読へのパラダイムシフト
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18K19514
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Research Institution | Kobe University |
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) |
下竹 昭寛 京都大学, 医学研究科, 特定助教 (80726000)
山尾 幸広 京都大学, 医学研究科, 特定病院助教 (90736810)
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Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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Keywords | 言語 / 皮質脳波 / 皮質皮質間誘発電位 / デコーディング / コヒーレンス / 神経心理 / 脳波 |
Outline of Annual Research Achievements |
非侵襲的言語マッピング法の開発を目指して、研究を推進した。言語優位半球に頭蓋内電極を留置した難治部分てんかん患者のうち研究に同意を得た者を対象に以下を行った。中核言語ネットワークの参照データ作成において、ネットワーク地図のための皮質皮質間誘発電位(CCEP)の波形パターンの分類と解剖学的分布について明らかにした(国内学会発表)。中核言語野の言語課題の障害程度と結合様式については定性的な相関を少数例で予備的にまとめた(国内学会発表)。背側・腹側言語ネットワークに関連する前頭-頭頂葉・側頭葉間の皮質間結合の左右差につきCCEP記録から明らかにした(論文発表)。皮質電気刺激に替わる低侵襲的脳機能マッピング法に、運動関連の皮質脳波の脳律動解析の手法を考案し(論文発表2報)、言語機能マッピングの基盤の手法を確立した。臨床マッピングで用いる高頻度皮質電気刺激の刺激伝播の影響につき、刺激中の遠隔放電を解析し、刺激の大部分は刺激直下の皮質由来であることを示した(国内学会発表)。非刺激介入の言語課題下の誘発皮質脳波律動計測を行った。意味判断課題の皮質脳波の高周波律動から前部側頭葉における視覚性・聴覚性意味処理のハブ機能を明らかにした(国内学会発表)。今後、意味・音韻処理について言語課題脳波律動のデコーディングから各電極の誘発神経活動の重み付けを評価するための課題の追加、症例蓄積を行う。言語ネットワークの動態解析として、呼称課題下の皮質脳波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により言語領域間のネットワークの結合動態を予備的データとして明らかにした(国際学会発表)。今後は症例の蓄積と刺激介入のデータと照合し非刺激介入言語ネットワークマッピング法の開発を目指す。 これまでの解析データ・手法をもとに、次年度から、非侵襲的な脳磁図にも応用し、新規言語マッピング法の開発と有用性の評価を行う。
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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
研究計画の下記項目それぞれにつき成果が挙げている。 A.中核言語ネットワークの参照データ作成:基本となる研究として①脳内ネットワークの青写真となるCCEP波形分類、②低侵襲の脳機能マッピング法について学会発表、論文2本発表した。中核言語野の言語課題の障害程度と結合様式については定性的な相関を少数例でまとめ学会発表した。現在、追加症例含めて11例の症例について解析に着手しており、言語ネットワーク内のハブとノードの同定を行う。 B.デコーディングによるネットワーク内の重み付け評価:非刺激介入の言語関連課題として意味判断課題の皮質脳波の高周波律動から前部側頭葉における視覚性・聴覚性意味処理の機能について国内学会発表を行った。現在、同課題の皮質脳波記録の症例蓄積と他の言語課題である類義語判断課題の皮質脳波記録症例の蓄積を行っている。今後、言語課題脳波律動のデコーディングから各電極の誘発神経活動の重み付けを評価するために、引き続き症例蓄積とあわせて脳波データ解析を行っていく。 C.数理モデルによるネットワーク動態解析:言語ネットワークの動態解析として、呼称課題下の皮質脳波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により言語領域間のネットワークの結合動態を1例において予備的データとして明らかにし国際学会発表した。現在、追加症例11例の解析に着手、症例蓄積を引き続き行っていく。 D.侵襲的頭蓋内研究から非侵襲脳磁図研究への橋渡し:言語関連課題について継続して作成、選定を行っており、準備が整えば課題下の脳磁図計測に着手する。 以上、研究計画のA~Cそれぞれで、研究実績に具体的に示したように、研究計画にそって、症例蓄積およびデータ解析、学会発表、論文公開を順次行っている。DについてはA~Cの結果を踏まえて着手していく予定である。
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Strategy for Future Research Activity |
下記A~Dの項目に沿って研究を進める。 A.中核言語ネットワークの参照データ作成:高頻度・低頻度電気刺激から、言語機能の皮質機能地図と皮質間結合地図を探索する。言語課題の障害程度(障害される課題数)と結合様式(言語関連領域との結合強度および数)からネットワーク内のハブとノードを同定するため症例蓄積を行う。 B.デコーディングによるネットワーク内の重み付け評価:物品呼称、復唱、意味判断課題を課し、誘発皮質脳律動を計測する。各物品・単語の意味・音韻属性を用いた機械学習や相関(重回帰)解析から言語表出(音韻処理)と理解(意味表象)の脳内活動のデコーディングを行う。全電極の皮質脳律動パターンから、各電極の誘発神経活動の重み付けを判定する。 C.数理モデルによるネットワーク動態解析: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といったネットワーク解析から、言語課題遂行中の言語領域間のネットワークの結合動態を明らかにする。症例を追加して引き続き解析を行う。刺激介入の中核データ(A)と照合し、デコーディング・ネットワーク解析のパラメーター調整と至適化(B,C)から、非介入(非侵襲)言語ネットワークマッピング法の開発を目指す。 D.侵襲的頭蓋内研究から非侵襲脳磁図研究への橋渡し:A~Cで最適化された言語関連課題と解析手法を非侵襲検査である脳磁図に応用し、脳外科手術前後の言語神経心理データとの照合から、新規言語マッピング法の有用性を評価し、言語機能の生理的バイオマーカーの探索を目指す。言語関連課題が選定された時点で計測に着手する。
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Causes of Carryover |
(理由)研究にリクルートした患者が予定より少なく、電極などの消耗品の購入が少なかった。このため計測脳波データの解析用ワークステーションおよび解析ソフトの購入、関連の消耗品費の購入が次年度の予定となったため。 (使用計画) 言語/意味認知課題下の皮質記録を行うにあたり、頭蓋内電極(ステレオ脳波深部電極)の消耗品費を次年度に計画する。関連の解析用ワークステーションとデータ保存用ネットワークハードディスク(設備備品費)、解析ソフト(消耗品費)の購入を予定する。脳磁図検査を開始した場合には、各患者1回1万円 x 2回 x 人数分の使用料を予定する。得られた研究成果を国内外の学会で発表し(研究成果発表:外国旅費、国内旅費)、また国内外共同研究者とのディスカッションを経て学術論文にまとめる(外国旅費、国内旅費、論文投稿費)。
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[Journal Article] The neural tides of sleep and consciousness revealed by single-pulse electrical brain stimulation2019
Author(s)
Kiyohide Usami, Anna Korzeniewska, Riki Matsumoto, Katsuya Kobayashi, Takefumi Hitomi, Masao Matsuhashi, Takeharu Kunieda, Nobuhiro Mikuni, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Susumu Miyamoto, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda, Nathan E Crone
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Journal Title
Sleep
Volume: 42
Pages: 1-9
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] A rational, multispectral mapping algorithm for primary motor cortex: A primary step before cortical stimulation2019
Author(s)
Shuichiro Neshige, Katsuya Kobayashi, Masao Matsuhashi, Takefumi Hitomi, Akihiro Shimotake, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Riki Matsumoto, Susumu Miyamoto, Ryosuke Takahashi, Hirofumi Maruyama, Akio Ikeda
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Journal Title
Epilepsia
Volume: 60
Pages: 547~559
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Multi-component intrinsic brain activities as a safe alternative to cortical stimulation for sensori-motor mapping in neurosurgery2018
Author(s)
Shuichiro Neshige, Masao Matsuhashi, Katsuya Kobayashi, Takeyo Sakurai, Akihiro Shimotake, Takefumi Hitomi, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Riki Matsumoto, Ryosuke Takahashi, Susumu Miyamoto, Hieofumi Maruyama, Masayasu Matsumoto, Akio Ikeda
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Journal Title
Clinical Neurophysiology
Volume: 129
Pages: 2038~2048
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Do scalp-recorded slow potentials during neuro-feedback training reflect the cortical activity?2018
Author(s)
Tomoyuki Fumuro, Masao Matsuhashi, Riki Matsumoto, Kiyohide Usami, Akihiro Shimotake, Takeharu Kunieda, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Ryosuke Takahashi, Susumu Miyamoto, Akio Ikeda
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Journal Title
Clinical Neurophysiology
Volume: 129
Pages: 1884~1890
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Interhemispheric Asymmetry of Network Connecting Between Frontal and Temporoparietal Cortices: A Corticocortical-Evoked Potential Study2018
Author(s)
Aya Kanno, Rei Enatsu, Satoshi Ookawa, Shouhei Noshiro, Shunya Ohtaki, Kengo Suzuki, Yuto Suzuki, Rintaro Yokoyama, Satoko Ochi, Yukinori Akiyama, Takeshi Mikami, Takuro Nakae, Takayuki Kikuchi, Takeharu Kunieda, Susumu Miyamoto, Riki Matsumoto, Nobuhiro Mikuni
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Journal Title
World Neurosurgery
Volume: 120
Pages: e628~e636
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Rational cortical mapping algorithm for epilepsy surgery: non-stimuli, multi-intrinsic brain activities without cortical stimulation2018
Author(s)
Shuichiro Neshige, Katsuya Kobayashi, Masao Matsuhashi, Akihiro Shimotake, Takehumi Hitomi, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Riki Matsumoto, Ryosuke Takahashi, Susumu Miyamoto, Hirofumi Maruyama, Akio Ikeda.
Organizer
the 12th Asian&Oseanian Epilepsy Congress
Int'l Joint Research
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[Presentation] Revised Diagonositc algorithm for autoimmune epilepsy without antibody testing: its proposal and validation with a restrospective cohort2018
Author(s)
Mitsuhiro Sakamoto, Riki Matsumoto, Junpei Togawa, Hirohumi Takeyama, Yuichiro Hashi, Katsuya Kobayashi, Akihiro Shimotake, Frank Leypoldt, Klaus- Peter Wandinger, Takayuki Kondo, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda
Organizer
16th Asian Oceanian Congress Of Neurology
Int'l Joint Research
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[Presentation] Human medial parietal cortices have distinct connectivity patterns: Evidence from standardized connectivity map using cortico-cortical evoked potential2018
Author(s)
Masaya Togo, Riki Matsumoto, Takuro Nakae, Hirohumi Takeyama, Katsuya Kobayashi, Kiyohide Usami, Akihiro Shimotake, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Susumu Miyamoto, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda
Organizer
第41回神経科学大会
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[Presentation] Electrocorticography-based non-primary motor area mapping comparable with cortical stimulation2018
Author(s)
Shuichiro Neshige, Katsuya Kobayashi, Masao Matsuhashi, Akihiro Shimotake, Takehumi Hitomi, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Riki Matsumoto, Ryosuke Takahashi, Susumu Miyamoto, Hirofumi Maruyama, Akio Ikeda
Organizer
第59回日本神経学会学術大会
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[Presentation] Compensation of semantic memory after dominant anterior temporal lobe resection in epilepsy surgery2018
Author(s)
Makiko Ota, Akihiro Shimotake, Riki Matsumoto, Mitsuhiro Sakamoto, Masako Daifu, Takuro Nakae, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Susumu Miyamoto, Ryosuke Takahashi, Matthew Lambon Ralph, Akio Ikeda
Organizer
第41回日本神経科学大会
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[Presentation] Changes in human brain network connectivity during sleep and wakefulness; a study of neural propagation evoked by single-pulse electrical stimulation2018
Author(s)
Kiyohide Usami, Anna Korzeniewska, Riki Matsumoto*, Takefumi Hitomi, Kunieda Takeharu, Nobuhiro Mikuni, Katsuya Kobayashi, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Susumu Miyamoto, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda, and Nathan E. Crone
Organizer
第41回日本神経科学大会
Int'l Joint Research
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[Presentation] Double dissociation of the semantic and phonological processing in reading Kanji and Kana words - A quantitative low-intensity cortical stimulation study2018
Author(s)
Masako Daifu, Riki Matsumoto, Akihiro Shimotake, Makiko Ota, Mitsuhiro Sakamoto, Katsuya Kobayashi, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Ryosuke Takahashi, Matthew A. Lambon Ralph, Akio Ikeda
Organizer
The 41th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
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[Presentation] Compensation of semantic memory after dominant anterior temporal lobe resection in epilepsy surgery2018
Author(s)
Makiko Ota, Akihiro Shimotake, Riki Matsumoto, Mitsuhiro Sakamoto, Masako Daifu, Takuro Nakae, Takayuki. Kikuchi Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Susumu Miyamoto, Ryosuke Takahashi, Matthew A. Lambon Ralph, Akio Ikeda
Organizer
第59回日本神経学会学術大会
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[Presentation] Underlying excitability at the focus modulates network dynamics of seizure propagation: a single-pulse electrical stimulation study time-locked to spike and post-spike slow.2018
Author(s)
Katsuya Kobayashi, Riki Matsumoto, Kiyohide Usami, Akihiro Shimotake, Masao Matsuhashi, Yukihiro Yamao, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda.
Organizer
American Epilepsy Society (AES) 2018 Annual Meeting
Int'l Joint Research
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