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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Development of a quantification method of seizure susceptibility using brain-wide electrical spatiotemporal dynamics

Research Project

Project/Area Number 19H03550
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

竹内 雄一  北海道大学, 薬学研究院, 准教授 (70588384)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 大澤 匡弘  名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(薬学), 准教授 (80369173)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2024-03-31
Keywordsてんかん / 脳波 / 発作感受性 / バイオマーカー / 機械学習
Outline of Annual Research Achievements

てんかんは何らかの原因で脳内に発作感受性/けいれん準備性(発作の起こしやすさ)が形成されて、発作を繰り返し生じる病態である。てんかん根治のためには、発作感受性を客観的に評価し、低減・消去する手法を開発する必要がある。しかしこれまで発作感受性の定量法の欠如が根治療法の研究開発を妨げてきた。そこで本研究では、大規模脳活動記録から発作感受性を説明する脳活動パターンを情報学的手法で抽出・同定して発作感受性の程度を定量化する技術を開発すること、および同定した脳活動パターンの解析とその定量法を用いて発作感受性を低減・消去する手法を創出することを目的とした。
令和3年度までに発作感受性脳活動パターンの抽出・モデル化に成功していた。当該成果を受け、令和4年度はさらに以下の項目を達成した。
1. 発作感受性を低減する脳深部刺激法の開発:発作感受性脳活動パターンが乏しい脳状態をトリガーにした報酬系脳領域刺激で発作感受性が低い脳状態を強化することで、発作感受性を低減するてんかん根治療法の開発を目指した。まず前年度までに見出した発作感受性を説明する脳活動パターンを実時間検出するアルゴリズムを確立した。次に報酬系脳領域に刺激電極を刺入し、条件付け場所嗜好性試験により、当該脳部位の電気刺激によるオペラント条件付けの成立を確認した。
2. 新しい経頭蓋脳刺激法の開発:経頭蓋集束超音波刺激法は経頭蓋集束電気刺激法に比べて空間解像度および深部到達性が高い。そこで自由行動ラットの頭蓋骨に慢性留置可能な小型超音波トランスデューサーを作製した。
3. 臨床研究:難治性てんかん患者を対象にした閉ループ経頭蓋集束電気刺激法の臨床研究をハンガリーにおいて実施した。検討を行った5人全ての患者において閉ループ経頭蓋集束電気刺激法による顕著な発作制御効果を認めた。重篤な有害事象は認められなかった。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (20 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 3 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 1 results) Book (1 results) Remarks (3 results)

  • [Int'l Joint Research] セゲド大学(ハンガリー)

    • Country Name
      HUNGARY
    • Counterpart Institution
      セゲド大学
  • [Int'l Joint Research] ニューヨーク大学(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      ニューヨーク大学
  • [Journal Article] Reinstating olfactory bulb derived limbic gamma oscillations alleviates depression-like behavioral deficits in rodents2023

    • Author(s)
      Li Q, Takeuchi Y, Wang J, Gellert L, Barcsai L, Pedraza LK, Nagy AJ, Kozak G, Nakai S, Kato S, Kobayashi K, Ohsawa M, Horvath G, Kekesi G, Lorincz ML, Devinsky O, Buzsaki G, Berenyi A
    • Journal Title

      Neuron

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1016/j.neuron.2023.04.013

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Time-targeted stimulation of the bran rewarding system as a novel brain disorder treatment2023

    • Author(s)
      Hara K, Takeuchi Y
    • Journal Title

      Medical Science Digest

      Volume: 49 Pages: 154-156

  • [Journal Article] Editorial: Oscillotherapeutics - Toward real-time control of pathological oscillations in the brain2022

    • Author(s)
      Takeuchi Y, Li Q, Kawano T, Nagai J, Mima T
    • Journal Title

      Front Behav Neurosci

      Volume: 16 Pages: 1021616

    • DOI

      10.3389/fnbeh.2022.1021616

    • Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Closed-loop brain stimulation to reduce pathologic fear2022

    • Author(s)
      Sierra RO, Pedraza LK, Barcsai L, Peijin A, Kozak G, Takeuchi Y, Lorincz ML, Devinsky O, Buzsaki G, Berenyi A
    • Journal Title

      bioRxiv

      Volume: - Pages: 501314

    • DOI

      10.1101/2022.07.24.501314

    • Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Bidirectional GABAergic and cholinergic modulation of delta-band activities in a hippocampal-like circuit in silico2023

    • Author(s)
      Itagaki K, Minami M, Takeuchi Y
    • Organizer
      The 100th Anniversary Annual Meeting of The Physiological Society of Japan
  • [Presentation] Transcranial sonoporation technology for non-invasive gene transfection to neurons in the cerebral cortex2023

    • Author(s)
      Mimura T, Chan M, Minami M, Takeuchi Y
    • Organizer
      The 143rd Annual Meeting of the Pharmaceutical Society of Japan
  • [Presentation] Controlling pathologic fear expression through closed-loop brain stimulation2022

    • Author(s)
      Sierra RO, Pedraza LK, Barcsai L, Peijin A, Kozak G, Takeuchi Y, Lorincz M, Berenyi A
    • Organizer
      The 52nd SfN Annual Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Reinstating olfactory bulb derived limbic gamma oscillations alleviates depression-like behavioral deficits in rodents2022

    • Author(s)
      Li Q, Takeuchi Y, Wang J, Barcsai L, Pedraza KL, Kozak G, Nakai S, Kato S, Kobayashi K, Ohsawa M, Lorincz ML, Devinsky O, Buzsaki G, Berenyi A
    • Organizer
      The 52nd SfN Annual Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A neural basis of decision-making under conflicting predictions of reward and punishment2022

    • Author(s)
      Yoshida K, Chan M, Li Q, Pedraza L, Sierra R, Minami M, Berenyi A, Takeuchi Y
    • Organizer
      The 52nd SfN Annual Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Initial evidence, safety and feasibility of Intersectional Short Pulse stimulation, a novel spatio-temporally focused closed-loop neuromodulation for drug resistant focal epilepsy2022

    • Author(s)
      Chadaide Z, Fabo D, Barcsai L, Pejin A, Foldi T, Furuglyas K, Somogyvari Z, Gyurkovics T, Nadasdi M, Rafi P, Kamondi A, Buzsaki G, Devinsky O, Eross LG, Berenyi A
    • Organizer
      The 52nd SfN Annual Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A neural basis of decision-making under conflicting predictions of reward and punishment2022

    • Author(s)
      Yoshida K, Chan M, Li Q, Pedraza L, Sierra R, Berenyi A, Minami M, Takeuchi Y
    • Organizer
      The 45th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • [Presentation] Decoding and quantification of seizure susceptibility with cross-regional oscillatory brain activity patterns in a rat model of temporal lobe epilepsy2022

    • Author(s)
      Takeuchi Y, Li Q, Berenyi A, Minami M
    • Organizer
      The 45th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • [Presentation] Reduced operant task engagement and altered neural oscillations in a triple-hit rat model of schizophrenia2022

    • Author(s)
      Chan M, Li Q, Horvath G, Berenyi A, Minami M, Takeuchi Y
    • Organizer
      The 45th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • [Presentation] Closed-loop control of neurological and psychiatric disorders2022

    • Author(s)
      Takeuchi Y
    • Organizer
      BPCNPNPPP4
    • Invited
  • [Book] Oscillotherapeutics - Toward Real-Time Control of Pathological Oscillations in the Brain2022

    • Author(s)
      Takeuchi Y, Kawano T, Li Q, Mima T, Nagai J
    • Total Pages
      109
    • Publisher
      Lausanne: Frontiers Media SA.
    • ISBN
      978-2-88976-458-7
  • [Remarks] researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/ytake/

  • [Remarks] 個人ウェブサイト

    • URL

      https://ytake.org/

  • [Remarks] 研究グループウェブサイト

    • URL

      https://ytakelab.notion.site/Takeuchi-lab-e8b576adbca245e3b633705c65abce80

URL: 

Published: 2023-12-25  

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