2013 Fiscal Year Research-status Report
新規脳刺激法を用いたヒト運動野皮質の興奮調節機構の解明
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25351000
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
緒方 勝也 九州大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (50380613)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 脳波 / 経頭蓋磁気刺激 / 運動誘発電位 / 時間周波数解析 / ウェーブレット変換 / ヒルベルト変換 |
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| Research Abstract |
平成２５年度は健常成人14名を対象に安静開眼、あるいは閉眼でM1上にTMSを行い、TMS前の脳波とMEPを同時計測する。得られた脳波とMEPの振幅、潜時の関連を網羅的に評価し、MEPの振幅や潜時に与える脳活動の因子とその脳内基盤を検討した。安静で座位をとり、左M1上から単発TMSを行い右手第一背側骨間筋(FDI)からMEPを記録した。TMSは1 mV前後のMEPが得られる強度を用いて5-7秒ごとに各50回TMSを行い、各刺激時のMEPを記録した。同時に頭皮上に10-20法に従い19箇所に電極を配置しTMS前の脳波を記録する。TMSの時刻を基準に-1000~0 msの脳波を切り出し、ウェーブレット変換、あるいはヒルベルト変換、temporal spectral evolution (TSE)により時間周波数解析を行った。各チャンネルで時間周波数ごとの振幅あるいは位相を取り出し、MEP振幅が高い試行と低い試行とで分け、それぞれの条件で脳波の差を検討した。
ウェーブレット変換を用いて8-50 Hzのα-γ帯域を検討した結果としてはC3において-500 ms前後でMEP振幅が高い試行の脳波はMEP振幅の低い試行に比較しαからβ帯域でMEP振幅が高い試行のパワー値が低い傾向を示す可能性が示唆された。
位相を検討した条件では開眼時にC3電極においてMEP振幅が高い条件と低い条件の間に位相差が生じる可能性が示唆された。
また経頭蓋交流電流刺激(tACS)による大脳皮質の影響を見る準備として、MEPの変化を評価し、tACSの位相、周期によりMEP振幅に変化が生じることが示された。
計画の中で計測筋の安静状態の程度による相互作用で興味深い結果が得られ、それを積極的に統制した共収縮状態でのMEP変化についても新たな知見を得ることができた。
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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
平成２５年度の計画は健常成人を対象にM1上のTMSによるMEP振幅とTMS前の脳波を計測、解析することによりM1を中心とした脳活動と、そこに刺激が加わった際に得られる応答との関連を評価、解析することであった。計測の準備についてはTMS、MEP、脳波計測とも設定に大きな問題なく、健常被験者における計測も一部MEPの反応が十分得られず解析に不適と判断される被験者はいたものの大きな問題なく14名の計測を行うことができた。
解析については計画ではウェーブレット変換での解析を計画し、matlabを中心として解析プログラムの構築を行った。ウェーブレット変換を用いることで広範な時間、周波数についてパワー値、位相情報を取り出すことが可能となり、MEP振幅の高い条件と低い条件での比較検討が可能となった。解析を進める上で筋電図やアーチファクト由来と思われる成分が無視できない程度結果に表れていることが示唆され、脳波データからこれらのアーチファクト成分が多い試行を外すことでの改善を試みたが、並行して独立成分分析といった手法も導入しアーチファクトの除去を試みた。
結果としてパワー値をMEP振幅の高/低条件での比較を行い上記のような結果を得ることができたが、被験者間での差異が大きくウェーブレット変換のパラメータを細かく調整し比較検討している。またαからβ帯域に変化が見込まれることが観察されたためヒルベルト変換でα帯域、β帯域に絞った時系列変化も検討している。
位相についてもウェーブレット変換、ヒルベルト変換で結果を得ることができたが、パワー値以上に個人差が大きく、現在改善を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２６年度は上記健常者での脳波とMEPの関係を更に詳細に明らかにするため解析を継続する。開眼と閉眼条件で結果が異なる可能性も示唆されたため、この点についてもより詳細に評価を続けていく。またtACSのM1へのオンライン効果を詳細に評価する。tACSの効果的な電極配置への知見を得るためMEP振幅と脳波電極間の結合度についても検討する。
平成２５年度に得られた知見と平成２６年度に解析して得られる結果を基にtACSで皮質活動を外部リズムで同期させ、tACSの特定の位相に合わせてTMSを行う。この時のMEPを実験1の結果と比較する。またtACS+TMSの特異的な効果を評価するため、TMS単独やtDCS+TMSとの比較検討を行う。
この実験を通じて皮質の周期的脳波活動を制御することによる効果を評価し、同時に皮質周期活動のMEPに対する意義を更に検証する。対象は健常成人15名とする。頭皮上に5×7cmのパッド電極を装着しtACSの刺激電極位置は左M1上とし、基準電極はPz上に置くことを予定しているが、実験1の結果を踏まえて位置での結果と比較検討する。tACSの刺激強度は1 mAとし、刺激周波数は10・20 Hz、また実験1、2で得られた、最もMEP変動に影響の大きい周波数を選択する。50回MEPを記録し、各TMS刺激はtACSの波形の位相を統制して刺激を行う。tACS中のMEPを実験1のMEPと比較し、振幅、潜時の変化を検討する。tACSの位相を統制した効果を評価するため、逆に効果の低い位相に合わせた条件のMEPも比較する。
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