2022 Fiscal Year Final Research Report

Multi-scale investigation of cerebral anatomo-functional changes induced by long-term electrical stimulation and surgical intervention

Research Project

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Project/Area Number	20H03794
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 56010:Neurosurgery-related
Research Institution	Jichi Medical University
Principal Investigator	Kawai Kensuke 自治医科大学, 医学部, 教授 (70260924)
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)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
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
Outline of Final Research Achievements	We conducted research with the aim of elucidating the functional and morphological changes caused by electrical stimulation to the brain or surgical intervention. In rats, vagus nerve stimulation (VNS) was found to enhance the feedforward pathway through the cholinergic system and attenuate the feedback pathway through the noradrenergic system in the auditory cortex, suggesting the potential modulation of cortical gain through multiple neuromodulatory systems. Additionally, using fMRI, we examined the functional network (FC) changes in the human hippocampus after hippocampal transection. We observed a decrease in FC within the hippocampus corresponding to the transient decline in memory function at one month post-surgery, and a recovery of FC corresponding to the restoration of memory function at six months post-surgery. However, there was variability in the recovery of FC between the hippocampus and the prefrontal cortex or the cerebellum.
Free Research Field	脳神経外科学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	本研究は、大脳への電気刺激や外科的介入が大脳の機能的ネットワークにもたらす変化を明らかにすることによって、VNSや海馬多切術の効果発現機構の解明につながるものである。さらに自律神経系による大脳皮質機能の調節機構はいまだ不明な点が多く、その解明という学術的意義が大きい。また、欧米ではさまざまな精神・神経疾患に対するニューロモデュレーション治療が急激に進歩・普及しているが、日本への導入が大幅に遅れている。その背景には効果発現機構が未解明で至適刺激条件の合理的決定法が不明という課題があり、本研究の成果はこれらの課題解決の端緒となる点で臨床的・社会的にも有意義なものである。