2020 Fiscal Year Annual Research Report
Hyperadaptability of human premotor cortex: an ECoG effective connectomics study
Publicly Offered Research
| Project Area | Hyper-adaptability for overcoming body-brain dysfunction: Integrated empirical and system theoretical approaches |
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| Project/Area Number |
20H05471
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
松本 理器 神戸大学, 医学研究科, 教授 (00378754)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 運動前野 / 前頭頭頂ネットワーク / 頭蓋内電極記録 / 高頻度皮質電気刺激 / 皮質皮質間誘発電位 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
老化や病態による運動機能低下に対する適応メカニズムの解明のためには、運動前野、および同領域と結合している前頭葉、頭頂葉を含めた神経ネットワークの理解が重要である。難治部分てんかんの外科治療には、てんかん焦点の切除と同時に焦点周囲の脳機能の温存が大切であり、病態による機能可塑性、脳機能の適応メカニズムを加味した包括的な脳機能マッピングが必要となる。てんかん焦点が機能野近傍に位置する場合や非侵襲的検索では焦点の同定が難しい場合、硬膜下電極の慢性留置による侵襲的術前評価を施行する。硬膜下電極を用いた臨床脳機能マッピングには、課題遂行中の脳活動計測（事象関連電位や高ガンマ活動計測）と高頻度皮質電気刺激（Electrical cortical stimulation: ECS）が用いられるが、正確な切除後の脳機能障害、代償による回復の予測は難しい。
本新学術「超適応」の基盤となった新学術「身体性システム」に公募班（2期, 4年）として参加し、てんかん外科の頭蓋内電極を用いた術前精査に携わる立場から道具使用、運動主体感に関わる腹側前頭葉、頭頂葉の神経基盤と代償機転の解明に携わってきた。本新学術領域においては運動機能の適応メカニズムの解明のため、前頭前野からのtop down、頭頂葉からのbottom upの情報を統合する運動前野のネットワーク的理解が必要と考え、高頻度皮質電気刺激や皮質切除術などの介入に対するネットワークレベルの超適応メカニズムの解明を目指した。
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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
留置電極（100電極超/患者）から、自発単純運動（顔・手・肩・足）そして道具パントマイム・到達把持運動・指巧緻運動・Go/NoGo課題といった高次運動課題中の広周波数帯域の皮質脳律動を探索し、電極の解剖情報とともにローカライザとして参照した。NoGo課題においては課題特異的な運動関連準備電位(Event-related potential: ERP)が内側前頭葉、背側運動前野を中心に記録された。次に、全電極を通じて網羅的に低頻度皮質電気刺激を与え、皮質間結合を介して記録される皮質・皮質間誘発電位(CCEP)を実効的結合の指標として、運動前野の包括的な電気生理的コネクトームを個人とグループレベルで作成した。下前頭回刺激時のCCEPでは結合性の勾配があり、吻側のpars orbitalisは側頭葉前方や角回に、尾側のpars opercularisは側頭葉後方や縁上回に分布することを示した。腹側運動前野はECSで陰性運動反応（舌・手・足の反復運動が停止）を示すことが知られている（陰性運動野）が、陰性運動野では他の一次運動感覚野や言語野と比較して有意にoutboundの結合が多いことを示した。またこれらはてんかんを有する患者群における結合性であるため、てんかんによりどのように脳内ネットワークがあるかを検討し、てんかん原性領域では結合性が強まり、それ以外の領域では弱まる傾向であることを示した。今後個人のコネクトームをグループデータと比較し、てんかん病態や運動ストラテジー(例.Go/NoGo課題の戦術など)によるコネクトームの変容を明らかにする。また、CCEPの第一人者として、術中CCEP機能マッピングについて総説や教科書を執筆した 。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和３年度も引き続き、上記研究計画を推進する。新型コロナ禍で患者リクルートが困難であるが、前方視的に5名の動員を予定する。既に、てんかんネットワークや脳機能ネットワーク同定のために網羅的な実効的結合（CCEP）測定を行い、前述の予備的研究のために運動関連皮質律動測定を行った20症例を後方視的に動員し、グループ解析を行い、ネットワーク解析・介入に対する超適応の解明を目指す。理論班との共同研究によるネットワーク解析手法や超適応機構の数理モデル化手法の構築に貢献できる。臨床システム神経科学の観点からの知見は、工学的知見によるモデル構築・検証やリハビリ介入によるネットワークの変容の重要な参照データとして「超適応」メカニズムの体系化へ貢献が期待される
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[Journal Article] Cortico-cortical evoked potential by single-pulse electrical stimulation is a generally safe prcedure2021
Author(s)
Kobayashi K, Matsumoto R, Usami K, Matsuhashi M, Shimotake A, Kikuchi T, Yoshida K, Kunieda T, Miyamoto S, Takahashi R, Ikeda A
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Journal Title
Clinical Neurophysiology
Volume: 132
Pages: 1033-1040
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Connectivity Gradiaent in the Human Left Inferior Frontal Gyrus: Intraoperative Cortico-Cortical Evoked Potential Study2020
Author(s)
Nakae T, Matsumoto R, Kunieda T, Arakawa Y, Kobayashi K, Shimotake A, Yamao Y, Kikuchi T, Aso T, Matsuhashi M, Yoshida K, Ikeda A, Takahashi R, Lambon-Ralph M, Miyamoto S
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Journal Title
Cerebral Cortex
Volume: 30
Pages: 4633-4650
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Electrical cortical stimulations modulate spike and post-spike slow-related high-frequency activities in human epileptic foci2020
Author(s)
Nakatani M, Matsumoto R, Kobayashi K, Hitomi T, Inouchi M, Matsuhashi M, Kinoshita M, Kikuchi T Yoshida K, Kunieda T, Miyamoto S, Takahashi R, Hattori N, Ikeda A
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Journal Title
Clinical Neurophysiology
Volume: 131
Pages: 1741-1754
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Engagement of cortico-cortical and cortico-subcortical networks in a patient with epileptic spasms: An integrated neurophysiological study2020
Author(s)
Inoue T, Kobayashi K, Matsumoto R, Inouchi M, Togo M,Togawa J, Usami K Shimotake A, Matsuhashi M, Kikuchi T, Yoshida K, Kawawaki H, Sawamoto N, Kunieda T, Miyamoto S, Takahashi R, Ikeda A
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Journal Title
Clinical Neurophysiology
Volume: 131
Pages: 2255-2264
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] てんかん外科の皮質電気刺激による言語機能マッピングにおける機能解剖連関の検討2020
Author(s)
尾谷 真弓, 松本 理器, 下竹 昭寛, 坂本 光弘, 中江 卓郎, 松橋 眞生, 菊池 隆幸, 吉田 和道, 國枝 武治, Matthew A.Lambon-Ralph, 宮本 享, 高橋 良輔, 池田 昭夫
Organizer
第50回日本臨床神経生理学会学術大会
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[Presentation] 生物・非生物の視覚刺激は脳後方で異なる神経活動伝播をもたらす2020
Author(s)
宇佐美 清英, 松本 理器, Anna Korzeniewska, 下竹 昭寛, 中江 卓郎, 松橋 眞生, 菊池 隆幸, 吉田 和道, 國枝 武治, 高橋 良輔, Nathan Crone, Matthew A.Lambon-Ralph, 池田 昭夫
Organizer
第50回日本臨床神経生理学会学術集会
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[Presentation] Neural processes during picture naming are lateralized and category-biased in occipitotemporal areas2020
Author(s)
Usami K, Matsumoto R, Korzeniewska A, Shimotake A, Nakae T, Matsuhashi M, Kikuchi T, Yoshida K, Kunieda T, Takahashi R, Crone N, Lambon-Ralph M, Ikeda A
Organizer
第61回日本神経学会学術大会
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[Presentation] Anatomo-functional characteristics of the basal temporal language area: density mapping analysis in the MNI standard space.2020
Author(s)
Matoba K, Matsumoto R, Shimotake A, Nakae T, Imamura H, Togo M, Yamao Y, Usami K, Kikuchi T, Matsuhashi M, Kunieda T, Takahashi R, Miyamoto S, Ikeda A
Organizer
Society for the Neuro-biology of Language
Int'l Joint Research
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[Presentation] Characteristics of the intercortical epileptic network: a cortico-cortical evoked potential study2020
Author(s)
十河 正弥, 松本 理器, 迎 伸孝 小林 勝哉, 宇佐美 清英, 下竹 昭寛, 中江 卓郎, 菊池 隆幸, 吉田 和道, 松橋 眞生, 國枝 武治, 宮本 享, 髙橋 良輔, 池田 昭夫
Organizer
第61回日本神経学会学術大会
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[Presentation] ヒト一次運動感覚野と高次運動/言語皮質における皮質間ネットワークの特徴の差異：皮質皮質間誘発電位を用いた検討2020
Author(s)
十河 正弥, 松本 理器, 迎 伸孝, 武山 博文, 中江 卓郎, 小林 勝哉, 宇佐美 清英, 下竹 昭寛, 松橋 眞生, 菊池 隆幸, 吉田 和道, 國枝 武治, 宮本 享, 髙橋 良輔, 池田 昭夫
Organizer
第44回日本神経科学大会
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[Presentation] 側頭葉底面言語野の機能・解剖学的特徴：標準脳上での密度分布解析2020
Author(s)
的場健人, 松本理器, 下竹昭寛, 中江卓郎, 今村久司, 十河正弥, 山尾幸広, 宇佐美清英, 菊池隆幸, 吉田和道, 松橋眞生, 國枝武治, 高橋良輔, 宮本享, 池田昭夫
Organizer
第50回日本臨床神経生理学会学術大会
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[Presentation] 難治部分てんかん患者における皮質間ネットワークの特徴と臨床所見との関連：皮質皮質間誘発電位を用いた検討2020
Author(s)
十河正弥, 松本理器, 武山博文, 小林勝哉, 宇佐美清英, 下竹昭寛, 松橋眞生, 菊池隆幸, 吉田和道, 國枝武治, 宮本享, 髙橋良輔, 池田昭夫
Organizer
第50回日本臨床神経生理学会学術大会
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