Quantification of ictal wide-band intracranial EEG and its application for precise localization of epileptic focus

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K15729
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 小林 勝哉 京都大学, 医学研究科, 特定病院助教 (70737121)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: てんかん / 広帯域皮質脳波 / 低周波活動 / 高周波活動 / 深層学習

Outline of Annual Research Achievements

研究項目1) 発作時の広帯域皮質脳波の定量化
当院で頭蓋内電極を留置し、てんかん外科手術を施行した難治てんかん患者で、本研究に同意が得られている者（特に過去10年で広帯域皮質脳波をデジタル脳波計で既に記録した症例）を後方視的に解析対象とした。該当症例の脳MRIやFDG-PET、神経心理検査、従来の周波数（1-60 Hz）の発作時頭蓋内脳波変化などの臨床データの整理を行った。① てんかん発作時の低周波活動の定量化：てんかん発作時の低周波活動について、持続時間（起始、ピーク、停止）、振幅・パワーを、最も早期あるいは大きな変化を示すコア電極に関して解析した。起始点・ピーク・終止点を自動で同定するプログラムを作成している。② てんかん発作時の高周波活動の定量化：てんかん発作時の高周波活動について、持続時間（起始、停止）、周波数帯域とその変動、パワーの解析をまずはコア電極を中心に開始した。③ 低周波・高周波活動の半自動的同定手法の精度の検証：発作時の低周波活動の半自動的な抽出法の精度を、深層学習（convolutional neural network: CNN）の手法を用いて検証した。テストデータでの発作・発作時の低周波活動の起始部の検出精度はそれぞれ0.88と0.80であった。深層学習による発作時の低周波活動の検出を行った(国内学会発表、国際学術論文へ投稿準備中)。この技術の精度向上・実用化により発作時の低周波活動 がより利用しやすい臨床ツールとなること、さらには将来的にはてんかん発作を予測することへの応用が期待される。

Current Status of Research Progress

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

Reason

てんかん発作時の広帯域皮質脳波のうち、低周波活動に関しては深層学習による半自動的同定も行えている。

Strategy for Future Research Activity

今後は、てんかん発作時の広帯域皮質脳波のうち、高周波活動に関しても解析を進める。
次年度以降、研究項目2) 定量的なてんかん発作時低周波・高周波活動と臨床所見やてんかん外科治療の術後予後との相関の検証、の研究を進める。

Causes of Carryover

今後さらに多数例の膨大なデータ解析を行っていく予定であり、高性能信号解析コンピュータ・データ管理用のデジタル脳波サーバーをはじめ、関連の設備備品費・消耗品の購入が必要なため。

Research Products

• [Journal Article] Clinical significance of ictal magnetoencephalography in patients undergoing epilepsy surgery. (2023)
  • Author(s): Katagiri M, Wang ZI, Hirfanoglu T, Aldosari MM, Aung T, Wang S, Kobayashi K, Bulacio J, Bingaman W, Najm IM, Alexopoulos AV, Burgess RC.
  • Journal Title: Clin Neurophysiol Volume: 145 Pages: 108-118
  • DOI: 10.1016/j.clinph.2022.10.005
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Association of Cortical Superficial Siderosis with Post-Stroke Epilepsy. (2023)
  • Author(s): Tanaka T, Fukuma K, Abe S, Matsubara S, Ikeda S, Kamogawa N, Ishiyama H, Hosoki S, Kobayashi K, Shimotake A, Nakaoku Y, Ogata S, Nishimura K, Koga M, Toyoda K, Matsumoto R, Takahashi R, Ikeda A, Ihara M.
  • Journal Title: Ann Neurol Volume: 93(2) Pages: 357-370
  • DOI: 10.1002/ana.26497
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Super-Elderly Autopsy Case of Benign Adult Familial Myoclonus Epilepsy with a Heterozygous Mutation. (2023)
  • Author(s): Tojima M, Kobayashi K, Hitomi T, Ishibashi H, Yoshii D, Sainouchi M, Ayaki T, Shimotake A, Usami K, Maki T, Kakita A, Takahashi R, Ikeda A.
  • Journal Title: Epileptic Disord Volume: in press Pages: in press
  • DOI: 10.1002/epd2.20043
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 特集 よく出会う不随意運動を知る ミオクローヌス,舞踏運動,バリズム (2023)
  • Author(s): 小林 勝哉、池田 昭夫
  • Journal Title: BRAIN and NERVE Volume: 75 Pages: 45～58
  • DOI: 10.11477/mf.1416202278
• [Journal Article] Enhanced phase-amplitude coupling of human electrocorticography in the posterior cortical region during rapid eye movement sleep. (2022)
  • Author(s): Togawa J, Matsumoto R, Usami K, Matsuhashi M, Inouchi M, Kobayashi K, Hitomi T, Nakae T, Shimotake A, Yamao Y, Kikuchi T, Yoshida K, Kunieda T, Miyamoto S, Takahashi R, Ikeda A.
  • Journal Title: Cereb Cortex Volume: 33(2) Pages: 486-496
  • DOI: 10.1093/cercor/bhac079
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Two types of clinical ictal direct current shifts in invasive EEG of intractable focal epilepsy identified by waveform cluster analysis. (2022)
  • Author(s): Kajikawa S, Matsuhashi M, Kobayashi K, Hitomi T, Daifu-Kobayashi M, Kobayashi T, Yamao Y, Kikuchi T, Yoshida K, Kunieda T, Matsumoto R, Kakita A, Namiki T, Tsuda I, Miyamoto S, Takahashi R, Ikeda A.
  • Journal Title: Clin Neurophysiol Volume: 137 Pages: 113-121
  • DOI: 10.1016/j.clinph.2022.02.021
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Distinct connectivity patterns in human medial parietal cortices: Evidence from standardized connectivity map using cortico-cortical evoked potential. (2022)
  • Author(s): Togo M, Matsumoto R, Usami K, Kobayashi K, Takeyama H, Nakae T, Shimotake A, Kikuchi T, Yoshida K, Matsuhashi M, Kunieda T, Miyamoto S, Takahashi R, Ikeda A.
  • Journal Title: Neuroimage Volume: 263 Pages: 119639
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2022.119639
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ictal direct current shifts contribute to defining the core ictal focus in epilepsy surgery. (2022)
  • Author(s): Nakatani M, Inouchi M, Daifu-Kobayashi M, Murai T, Togawa J, Kajikawa S, Kobayashi K, Hitomi T, Kunieda T, Hashimoto S, Inaji M, Shirozu H, Kanazawa K, Iwasaki M, Usui N, Inoue Y, Maehara T, Ikeda A.
  • Journal Title: Brain Commun Volume: 4(5) Pages: fcac222
  • DOI: 10.1093/braincomms/fcac222
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Impact of Seizure Recurrence on 1-Year Functional Outcome and Mortality in Patients With Poststroke Epilepsy. (2022)
  • Author(s): Yoshimura H, Tanaka T, Fukuma K, Matsubara S, Motoyama R, Mizobuchi M, Matsuki T, Manabe Y, Suzuki J, Kobayashi K, Shimotake A, Nishimura K, Onozuka D, Kawamoto M, Koga M, Toyoda K, Murayama S, Matsumoto R, Takahashi R, Ikeda A, Ihara M; PROPOSE Study Investigators.
  • Journal Title: Neurology Volume: 99(4) Pages: e376-e384
  • DOI: 10.1212/WNL.0000000000200609
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Clinical and imaging features of nonmotor onset seizure in poststroke epilepsy. (2022)
  • Author(s): Fukuma K, Ikeda S, Tanaka T, Kamogawa N, Ishiyama H, Abe S, Tojima M, Kobayashi K, Shimotake A, Nakaoku Y, Nishimura K, Koga M, Toyoda K, Matsumoto R, Ikeda A, Ihara M.
  • Journal Title: Epilepsia Volume: 63(8) Pages: 2068-2080
  • DOI: 10.1111/epi.17308
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Developing an Asymmetry Method for Detecting Postictal Hyperperfusion in Poststroke Epilepsy. (2022)
  • Author(s): Fukuma K, Tanaka T, Takaya S, Tojima M, Kobayashi K, Shimotake A, Morita Y, Nishimura K, Koga M, Toyoda K, Matsumoto R, Takahashi R, Ikeda A, Ihara M.
  • Journal Title: Front Neurol Volume: 13 Pages: 877386
  • DOI: 10.3389/fneur.2022.877386
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Diagnostic value of an algorithm for autoimmune epilepsy in a retrospective cohort. (2022)
  • Author(s): Sakamoto M, Matsumoto R, Shimotake A, Togawa J, Takeyama H, Kobayashi K, Leypoldt F, Wandinger KP, Kondo T, Takahashi R, Ikeda A.
  • Journal Title: Front Neurol Volume: 13 Pages: 902157
  • DOI: 10.3389/fneur.2022.902157
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 総説 てんかん外科における定位的頭蓋内脳波(SEEG)の有用性 (2022)
  • Author(s): 小林 勝哉、Juan Bulacio、Dileep R Nair、Jorge Gonzalez-Martinez、松本 理器
  • Journal Title: Neurological Surgery 脳神経外科 Volume: 50 Pages: 1101～1117
  • DOI: 10.11477/mf.1436204672
• [Presentation] SEEGに必須となる症候学的アプローチ (2023)
  • Author(s): 小林勝哉
  • Organizer: 第46回日本てんかん外科学会
  • Invited
• [Presentation] 脳神経内科医の視点 SEEG導入を前提とした診療と治療ロードマップの考え方 (2022)
  • Author(s): 小林勝哉
  • Organizer: 第55回日本てんかん学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] BAFMEでの遺伝カウンセリング 患者・家族への疾患特性と遺伝学的検査の伝え方 (2022)
  • Author(s): 小林勝哉，人見健文，戸島麻耶，石浦浩之，辻省次，池田昭夫
  • Organizer: 第55回日本てんかん学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] SEEGにおけるepileptogenic zoneの仮説設定と電極留置プランニング (2022)
  • Author(s): 小林勝哉，菊池隆幸，松本理器，國枝武治，池田昭夫
  • Organizer: 第52回日本臨床神経生理学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] CCEPs may help define optimal target location for closed-loop neuromodulation in epilepsy treatment (2022)
  • Author(s): Katsuya Kobayashi, Kenneth Taylor, Balu Krishnan, Michael J. Mackow, Lauren Feldman, Juan Bulacio, Andreas V. Alexopoulos, Imad Najm, William Bingaman, Richard M. Leahy, Akio Ikeda, Dileep R. Nair
  • Organizer: 63rd Annual Meeting of the Japanese Society of Neurology