大規模電気生理記録から疼痛特異的なパターンを見出す脳波モデルの作成と臨床応用

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K09358
• Research Institution: Nagoya City University
• Principal Investigator: 草間 宣好 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 講師 (60336691)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 徐 民恵 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 講師 (60381886) ; 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) ; 祖父江 和哉 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 教授 (90264738)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 慢性疼痛 / Electome / 脳波

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、慢性疼痛モデルラットに高密度多点電極を埋め込み、自由行動下の多数領域の脳波を同時測定する。この大規模電気生理記録から、慢性疼痛に特異的な脳活動パターンを見出し、慢性疼痛の特異的脳波モデルを作成することが目的である。
今年度は、慢性疼痛モデル動物の脳内へ多数の電極を刺入し、自由行動下のラットの脳活動の測定を行った。また、複数の脳領域における脳活動や各脳領域間の活動連関と行動の相関性について解析を行った。
まず、神経障害性疼痛ラットを作製し、痛み閾値をvon Frey テストにより評価した。神経障害性疼痛は、坐骨神経枝である総腓骨神経と脛骨神経を結紮し、腓腹神経のみを残すことで、長期間に渡り強烈な痛み閾値の低下を引き起こすSpared Nerve Injury（SNI）モデルを用いた。SNI処置により、神経障害後１週間より機械刺激に対する痛み閾値の低下が認められ、術後2ヶ月後まで持続していた。
次に、神経障害性疼痛時の脳活動の変化を明らかにするため、大規模多点電気生理学的測定を、自由行動下のラットで行った。測定を行った領域は、一次体性感覚野、補足運動野、前帯状回皮質、後帯状回皮質、前頭前皮質、島皮質、側坐核、淡蒼球、視床外側核とした。その結果、神経障害性疼痛の持続により、脳活動の変化が顕著に見られる脳領域が複数存在しており、また、周波数に特異的な活動の変化を示すことも明らかになった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究は、申請書で計画した内容に沿って問題なく進行しており、実験計画は順調に進展している。今年度の目的であった、神経障害性疼痛モデルラットの自由行動下の脳活動を、大規模多点電極により測定することに成功した。いくつかの脳領域では神経障害性疼痛の持続により、脳領域の活動性が変化することを見出した。今年度の研究成果をもとに、次年度の脳波の数理解析および機械学習を行い、慢性疼痛や急性疼痛に特異的なパターンを見出す脳はモデルの作成に着手できる。

Strategy for Future Research Activity

今年度の研究成果をもとに、次年度の脳波の数理解析および機械学習を行い、慢性疼痛や急性疼痛に特異的なパターンを見出す脳波モデルの作成に着手できる。つまり、脳の特定の領域内や領域間の神経発火同期生、干渉のしやすさ、情報の流れなどから、慢性あるいは急性疼痛に特異的なパターンを解析する。
また、動物で得られた慢性疼痛に特異的に見られる脳活動が、慢性疼痛患者にも見られるかを検証するための、臨床試験を開始するための倫理申請などの手続きを開始し、最終年度での臨床試験が滞りなく行えるように準備を行う。

Causes of Carryover

今年度は研究を問題なく進行することができたため、予算の節約ができた。次年度も継続して脳波の数理解析および機械学習を行い、疼痛に特異的なパターンを見出す脳波モデルの作成を行うため、実験動物や動物用の脳波測定電極の部品、疼痛モデル動物作成用器具、プラスチック用品の購入費用などに予算を使用する予定である。