2014 Fiscal Year Annual Research Report
皮質電位と脳機能画像標準化によるヒト機能テンプレート作成と信号解読
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24390337
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| Research Institution | Asahikawa Medical College |
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Principal Investigator |
鎌田 恭輔 旭川医科大学, 医学部, 教授 (80372374)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹内 文也 旭川医科大学, 医学部, 准教授 (30281835)
川合 謙介 東京医療保健大学, 公私立大学の部局等, 教授 (70260924)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 言語機能 / 脳皮質電位 / 機能MRI / リアルタイム処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヒト脳機能解読に頭蓋内電極から得られる認知関連機能脳表電位(ECoG)は、最も髙い信号/雑音(S/N)比を有するため注目を集めている。本申請では複数の言語、記憶課題を組み合わせて、認知ECoGを検討し、言語・記憶ネットワークを解明する。さらに計測症例のECoGを標準脳変換することで脳全体を広範囲、かつ高密度に電極で覆うことが可能となる (標準化ECoG)。本法により言語・記憶などの複雑な脳機能の典型ダイナミクスが明らかとなる。この解読結果を出力系デバイスと融合してリアルタイム処理Brain-machine interface (BMI)開発を目指す。またECoG周波数等の変化を同様の課題機能MRI(fMRI)とTractographyを個人・標準脳間で比較することで、fMRIの生理学的意味、臨床応用へのフィードバック、脳内ネットワークの解釈、適切なBMI用硬膜下電極位置、数を決定することができる。BMIによる出力目標は、意志疎通のための文字提示、音声提示法の確立とする。標準化した認知ECoGのテンプレートを課題毎に作成した。一台のコンピュータから直接視覚、聴覚刺激提示、およびデータ保存、解析を行う。コンピュータの高速化によりリアルタイムに脳皮質電位の周波数解析、抽出、表示を可能とした。これにより従来の電気刺激を行わずにベッドサイドでヒト運動・言語・記憶機能を抽出することに成功した。また、同様の課題とシステムによる機能MRIの撮像を可能とした。また、機能MRIをリアルタームにデータ出力を行い、リアルタイムデータ処理、結果のクラス分けを可能とした。また、本システムを手術室内に持ち込み、覚醒下手術に応用した。覚醒下の患者脳表面に留置した硬膜下電極から脳皮質電位を計測することができた。覚醒下リアルタイムマッピングにより脳機能マッピング時間が統計学的に優位に短縮した。また、その感度は１００であり、信頼できる手法であった。今後症例数を蓄積していく。
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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
今回脳血流の新たな定量化ソフトウエアを作成した。これを応用することで、脳血流パターン変化かから脳機能を読み取ることができる可能性でてきた。本ソフトウエアは国内特許、国際特許申請中である。また、白質機能マッピングのために皮質皮質誘発電位の術中計測、自動刺激装置の開発中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
皮質皮質誘発電位による超受動的な覚醒下手術、つまり患者の協力を全く必要としない、新たな手術方法を確立する。また、覚醒下手術課題時に脳血流変化を蛍光血管撮影で観察することで、機能MRIでのBOLD信号変化の機序解明にも貢献できる可能性がある。また、ロボットアームのコントロールをはじめとした脳機能読み取りと、感覚フィードバックを負荷した身体認識変化などの解明も行う。
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| Causes of Carryover |
研究に一環から発生した脳血流解析ソフトウエアの基礎実験、およびその内容を踏まえた上での国際特許申請にむけた準備に時間を要した。また、BioTek社のフィードバックセンサーの価格が円高、消費税増税により予想より高額となった。このたま一旦この開発を中断していたが、今年度再開予定である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
Biotekのフィードバックセンサーを数台購入し、感覚フィードバックのできるロボットアームの作成を行う予定である。また、ロボットアームにより繊細な動きができるコマンドを作成する。
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Research Products
(35 results)
