Graph theoretical approach for neurological disorders with electrophysiological connectome

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K16575
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 52020:Neurology-related
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: Togo Masaya 神戸大学, 医学部附属病院, 助教 (90704784)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: コネクトーム / グラフ理論 / 高次脳機能 / 皮質皮質間誘発電位

Outline of Final Research Achievements

We used intracranial electrodes to generate an electrophysiological connectome using cortico-cortical evoked potential (CCEP), an electrical fiber tracing method, to characterize higher cortical brain functions and network structures in seizure onset zones. The goal of the project was to clarify higher cortical brain functions and network structure characteristics in seizure onset zones. The results showed that the outbound/inbound features of higher-order functional areas and primary motor-sensory areas are different for both early latency （N1） evoked potentials and late latency (N2) evoked potentials , and that the amplitude of N2 potentials may be altered in the seizure focus. The amplitude of N2 potentials in the temporal lobe increased in the seizure focus, while the amplitude of N2 potentials in the other brain lobes remained unchanged. We also published the paper that showed differences in connectivity in the medial parietal lobe.

Free Research Field

脳神経内科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

脳機能、脳疾患において脳内のネットワーク構造は非常に重要であるが、臨床現場で脳のネットワーク構造の情報が治療に活用されることは少ない。本研究では難治てんかん患者で術前精査目的に頭蓋内電極を留置した症例において皮質皮質間誘発電位を用いて電気生理学的ネットワークを作成し、脳内ネットワークの構造と正常脳機能、てんかんの関連を解析した。結果、高次機能野ではネットワーク内の入出力数が低次の領域では異なること、また発作焦点では入出力強度が変容しやすいことを示した。本研究は脳のネットワークとしての理解を進め、ネットワークの観点からの発作焦点や高次機能野の同定、外科的手術における機能部位の温存に有用と考える。