Development of a hybrid brain cooling system to simultaneously cools the deep brain and widespread cortical surfaces

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K09349
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 56010:Neurosurgery-related
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: Inoue Takao 山口大学, 大学研究推進機構, 准教授 (80513225)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 常盤 達司 広島市立大学, 情報科学研究科, 准教授 (00636219)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 局所脳冷却 / 脳梗塞

Outline of Final Research Achievements

Focal brain cooling face challenges in cooling wide brain tissue regions, particularly in severe cerebral infarction or head injury cases. Hence, we developed a hybrid brain cooling device that combines a thermal conductive sheet and a cooling needle array. To achieve optimal cooling performance, we selected suitable materials and thickness for the thermal conductive sheet, optimized the sheet and cooling device's arrangement, and determined the needle-type device's structure. Our results demonstrated that the thermal conductive sheet expanded the cooling area and effectively reduced cerebral infarct size in a feline cerebral ischemia model. Furthermore, we successfully utilized metal rods for heat conduction in the needle-type device. Ultimately, we created an integrated device combining the thermal conductive sheet and needle-type device.
With further research and development of hybrid brain cooling devices, it has great potential as an effective treatment for severe brain diseases.

Free Research Field

脳情報工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は脳温制御の研究に焦点を絞り研究を進めてきたが、最終的に本デバイスはセンサと組み合わせることで、脳活動を同時計測できるニューロモデュレーションデバイスとすることができる。脳活動計測に基づく脳温制御を実現することで、脳神経外科疾患に対する治療効果の改善はもとより、基礎研究における神経機構の調節技術の向上を期待できる。
近年、侵襲式デバイスは世界的にも関心を集めるテーマとなっている。侵襲式の脳活動計測制御デバイスの開発を推進することで、脳疾患治療の先にあるトランスヒューマニズムとも呼ばれる人類の機能を拡張する分野にも関与できる可能性がある。