Involvement of excitatory-inhibitory balance on upper limb motor recovery after stroke

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K19393
• Research Institution: Fujita Health University
• Principal Investigator: 上原 信太郎 藤田医科大学, 保健学研究科, 講師 (30725130)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 脳卒中 / 運動機能回復 / 神経生理学 / 上肢 / 神経興奮性 / 到達運動 / 経頭蓋磁気刺激

Outline of Annual Research Achievements

脳卒中発症後、運動機能は早期より改善し、その後も数ヶ月に渡って穏やかな回復曲線を描く。この改善の背景にある神経機序の一つとして、神経システムの機能的変化、とりわけ神経興奮性の状態（興奮と抑制）変化とそれによって誘導される構造的変化（実作発芽、樹状突起分岐、シナプス形成など）の関与が示唆されている。本研究は、脳卒中患者を対象に、運動皮質内の興奮性および抑制性神経回路の状態を非侵襲的に評価し、発症後に見られる運動機能改善との関係性を明らかにすることを目的とする。
2020年度は、COVID-19蔓延の影響によりデータ計測を中断せざるを得ない状況にはあったものの、実験環境の再整備などの手続きを経て、患者データ計測を少しずつ進めることが可能であった。現在までの横断的検証により、脳卒中発症後には損傷側半球対側の運動機能が低下し、また、損傷側一次運動野内の抑制性神経回路の興奮性が非損傷側のそれに比較して低下するという特徴を有していることが示唆されている。加えて、上肢運動用ロボット（KINARM）を用いた麻痺側上肢の到達運動を詳細に分析することで、特に重度の運動麻痺を呈した患者群にみられる運動機能の改善には運動方向特異性、すなわちある方向への運動量が優先的に増加し、それに追従するように別の方向への運動量が増加する（運動の改善）、という特性が存在することが示唆されている。
次年度以降もデータ計測を継続し、神経生理学的特性と運動機能との関係性検証を進めていく予定である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

COVID-19蔓延の影響によりデータ計測を中断せざるを得ない状況にはあったものの、実験環境の整備等の手続きを経て、その後の患者データ計測はおおむね順調に進展したため。

Strategy for Future Research Activity

当初の計画通り、引き続きデータ計測・集録を継続し、神経生理学的特性と運動機能との関係性検証を進めていく予定である。

Causes of Carryover

次年度使用額が生じた主な理由は、COVID-19の感染拡大による国内および国家間での移動制限により、予定していた現地での学会参加や研究打ち合わせにかかる旅費を計上できなかったことによる。次年度も同様の状況に直面する可能性も考慮し、研究物品を拡充するなど項目割合を変更して予算を執行する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Quantitative Evaluation of Facial Expression in a Patient With Minimally Conscious State After Severe Traumatic Brain Injury (2021)
  • Author(s): Obayashi Yota、Uehara Shintaro、Kokuwa Ryu、Otaka Yohei
  • Journal Title: Journal of Head Trauma Rehabilitation Volume: 36 Pages: E337～E344
  • DOI: 10.1097/HTR.0000000000000666
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Recovery of cognitive and behavioural function during long-term inpatient rehabilitation in patients with moderate-to-severe traumatic brain injury: Evaluation of a retrospective case series (2021)
  • Author(s): Kokuwa R, Uehara S, Kajiura S, Onaka H, Yagihashi K, Katoh M, Tanikawa A, Sakuragi C, Inamoto Y, Morita I, Otaka Y
  • Journal Title: Journal of Rehabilitation Medicine-Clinical Communications Volume: 4 Pages: 1000047
  • DOI: 10.2340/20030711-1000047
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] “Paralympic Brain”. Compensation and Reorganization of a Damaged Human Brain with Intensive Physical Training (2020)
  • Author(s): Nakazawa Kimitaka、Obata Hiroki、Nozaki Daichi、Uehara Shintaro、Celnik Pablo
  • Journal Title: Sports Volume: 8 Pages: 46～46
  • DOI: 10.3390/sports8040046
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pushing the Rehabilitation Boundaries: Hand Motor Impairment Can Be Reduced in Chronic Stroke (2020)
  • Author(s): Mawase Firas、Cherry-Allen Kendra、Xu Jing、Anaya Manuel、Uehara Shintaro、Celnik Pablo
  • Journal Title: Neurorehabilitation and Neural Repair Volume: 34 Pages: 733～745
  • DOI: 10.1177/1545968320939563
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evaluation of SAR and Temperature Rise in Human Hand Due to Contact Current From 100 kHz to 100 MHz (2020)
  • Author(s): Murakawa Taiki、Diao Yinliang、Rashed Essam A.、Kodera Sachiko、Tanaka Yoshihiro、Kamimura Yoshitsugu、Kitamura Shin、Uehara Shintaro、Otaka Yohei、Hirata Akimasa
  • Journal Title: IEEE Access Volume: 8 Pages: 200995～201004
  • DOI: 10.1109/ACCESS.2020.3035815
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Recovery processes in patients with prolonged consciousness disturbance after severe traumatic brain injury: a case series (2020)
  • Author(s): Kokuwa R, Uehara S, Onaka H, Kajiura S, Yagihashi K, Katoh M, Morita I, Saitoh E, Otaka Y
  • Organizer: 7th Asia-Oceanian Conference of Physical & Rehabilitation Medicine
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Quantitative evaluation for facial expression in a patient with minimally conscious state after severe traumatic brain injury -Single case report- (2020)
  • Author(s): Obayashi Y, Uehara S, Kokuwa R, Otaka Y
  • Organizer: 7th Asia-Oceanian Conference of Physical & Rehabilitation Medicine
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A peripheral neurophysiological index is associated with upper-limb motor impairment and function in subacute stroke patients (2020)
  • Author(s): Uehara S, Watari T, Koyama S, Kitamura S, Obayashi Y, Ito K, Kondo H, Saitoh E, Otaka Y
  • Organizer: 11th World Congress of NeuroRehabilitation
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 軽度片麻痺患者における上肢到達運動制御の方向特異性 (2020)
  • Author(s): 上原信太郎, 北村新，渡哲郎，小山総市朗，大高洋平
  • Organizer: 第25回日本基礎理学療法学会学術大会
• [Presentation] 脳卒中片麻痺者における 上肢到達運動の方向依存的特性 (2020)
  • Author(s): 上原信太郎
  • Organizer: モーターコントロール研究会第二回オンライン講演会
  • Invited