2022 Fiscal Year Research-status Report
補正因子を検出し発作拡延脳波より真のてんかん焦点を同定する
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21K09160
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| Research Institution | Juntendo University |
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Principal Investigator |
菅野 秀宣 順天堂大学, 医学部, 非常勤講師 (90265992)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
飯村 康司 順天堂大学, 医学部, 助教 (30819222)
中島 円 順天堂大学, 医学部, 准教授 (50317450)
田中 聡久 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70360584)
鈴木 皓晴 順天堂大学, 医学部, 助教 (90884065)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | てんかん / 脳波 / 発作解析 / 機械学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
頭蓋内脳波を用いて、てんかん焦点を同定するために発作時における位相振幅結合を連続的に解析した。
方法:頭蓋内脳波記録を行った難治性側頭葉てんかん患者の30発作を対象とした。てんかん発作を生じる前2分より発作が完全に終わるまでを解析対象とした。位相振幅結合は1/4エポック（1エポック＝約1秒）の差で連続的に1エポック分のmodulation index (MI)を計算する方法を採用した。発作前後の100エポックで頭蓋内脳波を解析し、発作起始部位である海馬、鈎、側頭葉外側におけるMIの比較を行った。位相振幅結合は徐波(0.5-1Hz, 3-4Hz, 4-8Hz)と高周波(80-200Hz, 200-300Hz)での結合値を本研究に採用した。
結果:海馬でのMI値(80-200Hz / 3-4Hz, 80-200Hz / 4-8Hz)は周囲からのそれらに比べて有意に高値を示した。発作起始部位では発作時に上昇したMI値が一旦低 下しdipを形成する特徴があることが解明された。
結論:MI値(80-200Hz / 3-4Hz, 80-200Hz / 4-8Hz)を連続的に解析することで、発作時脳波よりてんかん焦点を明確に見いだす事に成功した。本研究結果をClin Neurophysiol誌に発表している。
その他の研究の進捗状況：発作時においててんかん焦点を見いだす特徴量は今回の研究で用いた位相振幅結合のみでなく、機能的結合性、因果関係解析などが注目されている。そのため、どの特徴量が最もてんかん焦点を現すものに妥当であるのかの検証を開始している。さらには、てんかん焦点ではなく、その近傍におけるこれらの特徴量変化を解析することで、本来の焦点よりどのくらい距離と時間の差異が生じているかを見いだすアルゴリズムを創出することに着手している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の最終目標は、非てんかん焦点部位の脳波から焦点部位の空間的および時間的推定を行うことである。そのためにはこれらの部位を判別し得る脳波の特徴量を見いだすことが第一と考えている。その候補としての位相振幅結合の発作時連続解析を行い、有意な結果を得られ論文発表をすることができた。 進行中の解析としては、機能的結合、因果関係解析を行っている。これらの特徴量を用いた解析でもてんかん焦点を現す有効な結果が得られているが、解析数を増やして確認する段階である。さらには、これら特徴量の中で最も有用なものはどれか、もしくはてんかん焦点との周辺の関連を示す事ができる特徴量はどれかを選別する解析に進むことである。機能的結合性と因果関係解析は周囲との関係性をみる方法であるため、本研究の目標であるてんかん焦点周囲からの補正因子を見いだすための大いなる候補と言える。
この際に重要なものはてんかん発作の時間的変化を客観的に捕らえることである。我々はてんかん発作相を教師なしモデルの機械学習を行うことで同定することに成功した。さらにいくつかの発作相に分類させることに着手しており、臨床的な意味のある良好な結果が出てきている。よって、 研究は順調に進行していると考えている。
実際に解析を進める事で分かってきた問題点を抽出することはできており、その修正も考案できている状態と判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
てんかん発作起始を示す特徴量として機能的結合性および因果関係解析を進めており、この結果を確立させることが第一の目標である。これらの解析方法は、てんかん焦点のみならず周囲との関連性をみているものであり、本研究の目的に合致するものである。因果関係解析ではてんかん焦点と拡延部位において機械学習モデルを作成し、その結果で論文投稿を行ったところである。第二の目標は、位相振幅結合、機能的結合性、因果関係解析のどの特徴量が最も効率良くてんかん焦点を推定する因子なのか、また多特徴量を用いた方が結果が改善されるのかを決定することである。対象とする脳波を拡げて検討を開始している。第三の目標は、てんかん焦点と非てんかん焦点間を結ぶ神経線維をMRIより求め、その間でこれら特徴量の減衰と線維間距離よりてんかん性放電の空間的な関連性を求める事とする。我々は他研究において発作間欠期脳波が神経線維を伝わる理論的な拡延をアニメーション化する事に成功した。同手法をこの脳波特徴量の 減衰解析に応用することを計画している。 研究計画の時点では、非てんかん焦点の脳波よりてんかん焦点の発作時波形を成形するアルゴリズムを策定する事を目標にしていた。しかしながら、必ずしも波形を成形することにはてんかん焦点診断において臨床的貢献度は高くないと再考している。よって、頭蓋内電極がてんかん焦点上に留置されなかったとしても、 MRI上に仮想のてんかん焦点を推定することができ、周辺への拡延状況をアニメーション化する事が実臨床に寄与すると考え、この事を最終目標に掲げるに至った。
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Research Products
(18 results)
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[Journal Article] Chronological changes in phase- amplitude coupling during epileptic seizures in temporal lobe epilepsy2023
Author(s)
Ueda T, Iimura Y, Mitsuhashi T, Suzuki H, Miao Y, Nishioka K, Tamrakar S, Matsui R, Tanaka T, Otsubo H, Sugano H, Kondo A
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Journal Title
Clin Neurophysiol
Volume: 148
Pages: 44-51
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Higher phase-amplitude coupling between ripple and slow oscillations indicates the distribution of epileptogenicity in temporal lobe epilepsy with hippocampal sclerosis2022
Author(s)
Tamrakar S, Iimura Y, Suzuki H, Mitsuhashi T, Ueda T, Nishioka K, Karagiozov K, Nakajima M, Miao Y, Tanaka T, Sugano H
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Journal Title
Seizure
Volume: 100
Pages: 1-7
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Voluntary control of semantic neural representations by imagery with conflicting visual stimulation2022
Author(s)
Fukuma R, Yanagisawa T, Nishimoto S, Sugano H, Tamura K, Yamamoto S, Iimura Y, Fujita Y, Oshino S, Tani N, Koide-Majima N, Kamitani Y, Kishima H
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Journal Title
Commun Biol
Volume: 18
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Book] 月刊新医療2022
Author(s)
菅野秀宣、飯村康司、鈴木皓晴、三橋匠、田中聡久
Total Pages
5
Publisher
株式会社エム・イー振興協会
