2015 Fiscal Year Annual Research Report
非侵襲脳刺激による知覚運動連関にかかわる神経ダイナミクスと情報流の制御
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26282169
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
北城 圭一 国立研究開発法人理化学研究所, 脳科学総合研究センタ－, 副チームリーダー (70302601)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鮫島 和行 玉川大学, 脳科学研究所, 准教授 (30395131)
川崎 真弘 筑波大学, システム情報工学研究科(系), 助教 (40513370)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 脳・神経 / 経頭蓋電気刺激 / 経頭蓋磁気刺激 / 脳活動計測 / 振動同期ダイナミクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では非侵襲脳刺激により引き起こされる脳の大域的な神経ダイナミクスの変化とその機能的影響を実証することを目的とする。
２７年度はヒトの脳刺激実験については連発TMS(rTMS)－脳波計測実験を継続して行い、データ解析を進めた。独立成分分析を用いたTMSの脳波アーチファクトの除去手法を改善し適用した。複数の刺激周波数での運動野、視覚野rTMSで、刺激周波数に対応した周波数での脳波位相がTMSに引き込まれていることが明らかになった。また位相引き込みは刺激部位である運動野あるいは視覚野から他の部位に大域的に伝搬し、刺激部位近辺と他の部位との位相同期度の向上が確認された。またワーキングメモリ課題での単発TMS－脳波計測データの時間周波数解析により課題依存性の大域的位相ネットワークの変調についても実証した。これらの結果により、単発、連発のTMSにより大域的位相同期ネットワークを変調できることが明らかになった。
ヒトのtESについては経頭蓋交流電気刺激（tACS)実験を行った。２０分間の前頭葉の６HzでのtACSにより計算課題のパフォーマンスの向上及び、課題時のシータ波パワーの上昇を確認した。また、左右異なる周波数でフリッカーする両眼刺激を用いた両眼視野闘争課題でフリッカー刺激周波数に対応した知覚にバイアスをかけられることが明らかになった。さらに触覚刺激を用いた実験系の検討を進めた。
サルの実験については前頭葉に多層の同時記録が可能な電極を埋め込み、局所場電位と神経発火の同時計測データを取得し、多層の局所場電位の位相振幅カップリングや発火タイミングの局所場電位位相による変調の詳細を確認した。tES用の電極の装着と脳刺激実験の準備を進めた。
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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
ヒト実験に関しては刺激実験が順調に進展している。サル実験に関してはマルチスケールでの記録は予定通りできており、脳刺激実験の準備ができ、脳刺激実験を今年度進める。全体計画としてはおおむね順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度(～平成 ２９ 年３月３１日)の研究実施計画
TMS、tES等の非侵襲脳刺激により誘起されるヒト、サルの脳活動の局所的、大域的な振動同期ダイナミクスの変化と知覚運動連関にかかわる領野間の情報流の定量化をマルチスケールでの計測と解析により行う。これにより特に神経活動の振動同期ダイナミクス、及び、情報流と、知覚運動連関との因果関係を操作的に検証する。
ヒトtES-脳波実験：安静時、知覚認知課題時の神経ダイナミクスと情報流の変化をtACS（経頭蓋交流電気刺激）,tDCS（経頭蓋直流電気刺激）,tRNS（経頭蓋ランダムノイズ電流刺激）等、多角的な刺激パターンごとに検討する。昨年度までのオフライン実験での研究でtACSにより知覚認知課題時に課題関連の脳波瞬時振幅と課題パフォーマンスを操作可能であることを実証した。本年度はオンライン実験でのアーチファクト除去も試み、tESによる脳活動位相ダイナミクスの変化の詳細を解析する。またその際に脳波瞬時振幅、遠距離位相同期、位相引き込み、位相振幅カップリング、情報流指標等を含む多面的な解析を試みる。アーチファクト除去については高密度電極配置可能な装置を導入し、刺激パターンの工夫と脳波信号処理とを合わせた手法の開発を目指す。
ヒトrTMS-脳波実験：rTMSにより引き起こされる脳波瞬時振幅、遠距離位相同期、位相引き込み、位相振幅カップリング、情報流指標等を含む多面的な解析を網羅的に進める。これによりrTMSによる脳活動と脳機能の制御可能性を実証する。
サル脳刺激ーマルチユニットレコーディング実験：
本年度はTMS,tES各種脳刺激により局所場電位の振幅位相カップリング、局所場電位-スパイクカップリングその他の神経ダイナミクスの制御可能性を実証する。
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| Causes of Carryover |
初年度４チャンネルの電気刺激システムを購入予定であったが、予算が充足しておらず購入が難しく１チャンネルの装置の購入を行った。さらに現有の電気刺激装置での多チャンネル刺激手法を開発するための技術的な検討を行った。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
現有の電気刺激装置に装着してチャンネルを分割する製品の導入を検討、予定している。
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