2021 Fiscal Year Annual Research Report
Multi-scale investigation of cerebral anatomo-functional changes induced by long-term electrical stimulation and surgical intervention
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20H03794
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| Research Institution | Jichi Medical University |
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Principal Investigator |
川合 謙介 自治医科大学, 医学部, 教授 (70260924)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石下 洋平 自治医科大学, 医学部, 講師 (30835632)
島崎 久仁子 自治医科大学, 医学部, 非常勤講師 (40142153)
手塚 正幸 自治医科大学, 医学部, 助教 (40721311)
中嶋 剛 自治医科大学, 医学部, 准教授 (60625995)
國井 尚人 東京大学, 医学部附属病院, 講師 (80713940)
佐藤 信 自治医科大学, 医学部, 助教 (80742345)
高橋 宏知 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 教授 (90361518)
大谷 啓介 自治医科大学, 医学部, 講師 (90790676)
大貫 良幸 自治医科大学, 医学部, 講師 (90835993)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 大脳電気刺激 / 迷走神経刺激 / 神経ネットワーク / てんかん / 記憶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、大脳への電気刺激や外科的介入がもたらす機能的変化及び形態的変化を明らかにすることである。特に長期刺激や手術後長期の変化を、大脳皮質局所から大脳全体までマルチスケールに捉えることを目標とする。すなわち、(1) ラット迷走神経刺激(VNS)長期刺激モデルを用いた聴覚野皮質と海馬における局所微小ネットワーク特性の変化と形態的変化の検証、(2) ミニブタ脳表電気刺激モデルを用いた脳回単位での多点脳表脳波とfunctional near-infrared cortical imagingによる機能的ネットワーク特性の変化と形態的変化の検証、(3) ヒトてんかん手術およびVNSによる大脳全体のネットワークと形態変化の検証を行う。
R2年度の大部分は新型コロナウィルス感染症により研究が停止し、R3年度より実質的に研究を再開した。(1)では成体ラットでまず急性刺激実験を行い、VNSがノルアドレナリン作動性ニューロン及びコリン作動性ニューロンを通じて聴覚野における刺激へのオンセット反応と高周波活動を亢進させることを見出した。誘発電位P1は視床から皮質への出力を、高周波帯域の活動は皮質内を伝播するボトムアップの情報伝達を表しているとされており、VNSがボトムアップ方向の情報処理を高めることが示唆された。さらに長期刺激モデルの準備を進めた。(2)のブタ実験では多施設から共同研究者が集合する必要があったが、残念ながら新型コロナ感染症の影響でブタ実験の継続が困難となった。すでに実験が完了しているブタ皮質切開の皮質誘発電位に対する影響についてまとめて論文作成を進めた。(3)については、これまで側頭葉切除や海馬多切術の前後のfMRIによる記憶課題での賦活領域や安静時ネットワークの解析を行い、記憶の一時的障害とその後の回復の背景をなす機能的ネットワーク変化を明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
(1)ラットVNSモデルで聴覚野皮質と海馬における機能的ネットワーク特性の変化と形態的変化を検証する計画では、急性期実験で概要に記した所見が得られたが、長期モデルは完成にいたらず、長期刺激による機能的ネットワーク特性変化や形態的変化の検証には到らなかった。
(2)ミニブタ脳表電気刺激モデルを用いた脳回単位での多点脳表脳波とfunctional near-infrared cortical imagingによる機能的ネットワーク特性の変化と形態的変化を検証する計画では、コロナ感染症と実験用ブタの入手が困難となり、ブタ実験については断念せざるを得なくなった。
(3)ヒトてんかん手術およびVNSによる大脳全体のネットワークと形態変化の検証計画では、新型コロナ感染症の影響で研究の進行が遅れたため、本年度も症例数を増やしてこの機能的ネットワーク解析を進めた。 機能的解析(記憶課題fMRI, resting state fMRI)および形態解析を開始した。
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| Strategy for Future Research Activity |
(2)のミニブタ実験では、ミニブタの入手が不可能となったため、これを中断し、ラット実験に注力することとした。
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