Hyperadaptability of human premotor cortex: an ECoG effective connectomics study

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Hyper-adaptability for overcoming body-brain dysfunction: Integrated empirical and system theoretical approaches
• Project/Area Number: 20H05471
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 松本 理器 神戸大学, 医学研究科, 教授 (00378754)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• 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

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。
COVID-19の影響があり前向きの患者リクルートが予想通り進まず、2021年度は後方視および一部前方視的に蓄積した皮質・皮質間誘発電位（CCEP）データから、ネットワークレベルの超適応メカニズムの解明に必須となる皮質脳波コネクトームの作成を網羅的な低頻度電気刺激による因果的結合解析から進めた。高次脳機能を有する皮質におけるネットワークの構造上の特徴を明らかし臨床応用をめざすためには、網羅的CCEP計測の安全性の検証や術中CCEP計測のプロトコル確立および麻酔の影響の検討が重要であり、これらの研究も推進した。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Johns Hopkins University(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Johns Hopkins University
• [Int'l Joint Research] Cambridge University(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: Cambridge University
• [Journal Article] Enhanced phase-amplitude coupling of human electrocorticography selectively 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: Cerebral Cortex Volume: in press Pages: in press
  • DOI: 10.1093/cercor/bhac079
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intraoperative cortico-cortical evoked potentials for monitoring the arcuate fasciculus: Feasible under general anesthesia? (2022)
  • Author(s): Yamao Y, Matsumoto R
  • Journal Title: Clinical Neurophysiology Volume: 133 Pages: 175-176
  • DOI: 10.1016/j.clinph.2021.07.033
• [Journal Article] Effects of propofol on cortico-cortical evoked potentials in the dorsal language white matter pathway (2021)
  • Author(s): Yamao Y, Matsumoto R, Kunieda T, Nakae T, Nishida S, Inano R, Shibata S, Kikuchi T, Arakawa Y, Yoshida K, Ikeda A, Miyamoto S
  • Journal Title: Clinical Neurophysiology Volume: 132 Pages: 1919-1926
  • DOI: 10.1016/j.clinph.2021.04.021
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Frequency-Dependent Cortical Interactions during Semantic Processing: An Electrocorticogram Cross-spectrum Analysis Using a Semantic Space Model (2021)
  • Author(s): Sato N, Matsumoto R, Shimotake A, Matsuhashi M, Otani M, Kikuchi T, Kunieda T, Mizuhara H, Miyamoto S, Takahashi R, Ikeda A
  • Journal Title: Cerebral Cortex Volume: 31 Pages: 4329-4339
  • DOI: 10.1093/cercor/bhab089
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evidence for a deep, distributed and dynamic code for animacy in human ventral anterior temporal cortex (2021)
  • Author(s): Rogers T, Cox C, Lu Q, Shimotake A, Kikuch T, Kunieda T, Miyamoto S, Takahashi R, Ikeda A, Matsumoto R, Lambon-Ralph M
  • Journal Title: eLife Volume: 10 Pages: e66276
  • DOI: 10.7554/eLife.66276
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evaluation of movement and brain activity (2021)
  • Author(s): Hallett M, DelRosso LM, Elble R, Ferri R, Horak FB, Lehericy S, Mancini M, Matsuhashi M, Matsumoto R, Muthuraman M, Raethjen H, Shibasaki H
  • Journal Title: Clinical Neurophysiology Volume: 132 Pages: 2608-2638
  • DOI: 10.1016/j.clinph.2021.04.023
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Intraoperative Brain Mapping by Cortico-Cortical Evoked Potential (2021)
  • Author(s): Yamao Y, Matsumoto R, Kikuchi T, Yoshida K, Kunieda T, Miyamoto S
  • Journal Title: Frontiers in Human Neuroscience Volume: 15 Pages: 55
  • DOI: 10.3389/fnhum.2021.635453
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] てんかん病態から垣間見る高次脳機能とその変容． (2021)
  • Author(s): 松本理器，下竹昭寛，山尾幸広，菊池隆幸，國枝武治，池田昭夫
  • Journal Title: 神経心理学 Volume: 37 Pages: 60-68
  • DOI: 10.20584/neuropsychology.17108
• [Journal Article] 脳機能局在の知（特別企画 脳科学の知） (2021)
  • Author(s): 松本理器，下竹昭寛，中江卓郎，山尾幸広，菊池隆幸，國枝武治，池田昭夫
  • Journal Title: 脳神経外科ジャーナル Volume: 30 Pages: 106-114
  • DOI: 10.7887/jcns.30.106
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Living or non-living at the early-stage in mesoscale network dynamics during visual recognition (2021)
  • Author(s): Usami K, Matsumoto R, Korzeniewska A, Shimotake A, Nakae T, Matsuhashi M, Kikuchi T, Yoshida K, Kunieda T, Takahashi R, Crone N, Ikeda A
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
• [Presentation] The dynamics of cortical interactions in category-specific visual recognition (2021)
  • Author(s): Usami K, Matsumoto R, Korzeniewska A, Shimotake A, Nakae T, Matsuhashi M, Kikuchi T, Yoshida K, Kunieda T, Takahashi R, Crone N, Ikeda A
  • Organizer: 13th Asian & Oceanian Epilepsy Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Anatomo-functional correlation of language areas: principal component analysis of mapping findings (2021)
  • Author(s): Otani M, Matsumoto R, Shimotake A, Sakamoto M, Nakae T, Matsuhashi M, Kikuchi T, Yoshida K, Kunieda T, Lambon-Ralph M, Miyamoto S, Takahashi R, Ikeda A
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
• [Presentation] Anatomo-functional correlation of language areas: principal component analysis of mapping findings (2021)
  • Author(s): Otani M, Matsumoto R, Shimotake A, Sakamoto M, Nakae T, Matsuhashi M, Kikuchi T, Yoshida K, Kunieda T, Lambon-Ralph M, Miyamoto S, Takahashi R, Ikeda A
  • Organizer: 13th Asian & Oceanian Epilepsy Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Functional mapping of semantic processing in the anterior temporal lobe (2021)
  • Author(s): Shimotake A, Matsumoto R, Kobayashi K, Usami K, Kikuchi T, Matsuhashi M, Yoshida K, Kunieda T, Miyamoto S, Takahashi R, Lambon-Ralph M, Ikeda A
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
• [Presentation] Semantic processing in the ventral anterior temporal lobe assessed by synonym judgement (2021)
  • Author(s): Shimotake A, Matsumoto R, Kobayashi K, Usami K, Kikuchi T, Matsuhashi M, Yoshida K, Kunieda T, Miyamoto S, Takahashi R, Lambon-Ralph M, Ikeda A
  • Organizer: 13th Asian & Oceanian Epilepsy Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cortical neuronal activities and their network dynamics during visual recognition (2021)
  • Author(s): Usami K, Matsumoto R, Korzeniewska A, Shimotake A, Matsuhashi M, Nakae T, Kikuchi T, Yoshida K, Kunieda T, Takahashi R, Crone N, Ikeda A
  • Organizer: 第54回日本てんかん学会学術集会
• [Presentation] Functional mapping for semantic processing in the ventral anterior temporal lobe by synonym judgment (2021)
  • Author(s): Shimotake A, Kobayashi K, Usami K, Yamao Y, Kikuchi T, Yoshida K, Matsuhashi M, Kunieda T, Takahashi R, Matsumoto R, Ikeda A
  • Organizer: 第54回日本てんかん学会学術集会
• [Presentation] 低侵襲皮質電気刺激マッピング (2021)
  • Author(s): 下竹 昭寛, 尾谷 真弓, 山尾 幸広, 菊池 隆幸, 松本 理器, 池田 昭夫
  • Organizer: 第51回日本臨床神経生理学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] Intraoperative Brain Mapping by Cortico-Cortical Evoked Potential (2021)
  • Author(s): Matsumoto R
  • Organizer: ON-LINE Meeting Spanish Society of Clinical Neurophysiology (SENFC 2021)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Cortico-cortical evoked potential: its past, present and future (2021)
  • Author(s): Matsumoto R
  • Organizer: Grand Round, Cleveland Clinic Epilepsy Center
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Physiology and pathology of the higher brain function: insights from intracranial EEG recordings (2021)
  • Author(s): Matsumoto R
  • Organizer: Chaucer Club (web seminar), MRC Cognition and Brain Sciences Unit
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 皮質皮質間誘発電位(CCEP)：歴史と展望（教育講演8） (2021)
  • Author(s): 松本理器
  • Organizer: 第51回日本臨床神経生理学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] 脳機能マッピングの過去・現在・未来-言語機能を中心に-（特別講演2） (2021)
  • Author(s): 松本理器
  • Organizer: 15回日本てんかん学会関東甲信越地方会
  • Invited
• [Presentation] 内科系―SEEGの理論・仮説設定・プランニング」(1) 総論 (2021)
  • Author(s): 松本理器
  • Organizer: 第2回 定位的頭蓋内脳波（SEEG）技術講習会（日本てんかん学会主催）
  • Invited
• [Presentation] 言語機能マッピングの過去・現在・未来 (2021)
  • Author(s): 松本理器
  • Organizer: 第26回認知神経科学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] 皮質皮質間誘発電位：着想から臨床応用への道のり Cortico-cortical evoked potential: From its conception to clinical application（特別講演） (2021)
  • Author(s): 松本理器
  • Organizer: 第27回日本脳神経モニタリング学会
  • Invited
• [Presentation] 電気生理学から脳のネットワークの微細構造を見る：CCEPによる脳機能ネットワークの可視化と臨床応用（教育講演） (2021)
  • Author(s): 松本理器
  • Organizer: 第35回日本微小脳神経外科解剖研究会
  • Invited
• [Presentation] Modification of effective connectivity strength in interareal cortical networks from the seizure onset zone: a cortico-cortical evoked potential study (2021)
  • Author(s): Togo M, Matsumoto R, Nakae T, Kobayashi K, Usami K, Shimotake A, Kikuchi T, Yoshida K, Matsuhashi M, Kunieda T, Miyamoto S, Takahashi R, Ikeda A
  • Organizer: 13th Asian & Oceanian Epilepsy Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Anatomo-functional characteristics of basal temporal language area: density mapping analysis in the MNI standard space (2021)
  • Author(s): Matoba K, Matsumoto R, Shimotake A, Nakae T, Imamura H, Togo M, Yamao Y, Usami K, Kikuchi T, Yoshida K, Matsuhashi M, Kunieda T, Takahashi R, Miyamoto S, Ikeda A
  • Organizer: The 1st International Symposium on Hype-Adaptability (HypAd2021)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Characteristics of intercortical networks associated with higher-order cortical functions: a cortico-cortical evoked potential study (2021)
  • Author(s): Matoba K, Matsumoto R, Shimotake A, Nakae T, Imamura H, Togo M, Yamao Y, Usami K, Kikuchi T, Yoshida K, Matsuhashi M, Kunieda T, Takahashi R, Miyamoto S, Ikeda A
  • Organizer: The 1st International Symposium on Hype-Adaptability (HypAd2021)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Connectivity strength modification in interareal cortical networks from the seizure onset zone: a cortico-coritical evoked potential study (2021)
  • Author(s): 十河 正弥, 松本 理器, 中江 卓郎, 小林 勝哉, 宇佐美 清英, 下竹 昭寛, 菊池 隆幸, 松橋 眞生, 國枝 武治, 宮本 享, 髙橋 良輔, 池田 昭夫
  • Organizer: 第54回日本てんかん学会学術集会
• [Presentation] 類義語判断課題による側頭葉底部前方領域の意味認知機能評価 (2021)
  • Author(s): 下竹昭寛、小林勝哉、宇佐美清英、山尾幸広、菊池隆幸、吉田和道、松橋眞生、國枝武治、高橋良輔、松本理器、池田昭夫
  • Organizer: 第54回日本てんかん学会学術集会
• [Presentation] 皮質電気刺激による言語マッピングを用いた言語野内の機能解剖連関 (2021)
  • 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、髙橋良輔、池田昭夫
  • Organizer: 第54回日本てんかん学会学術集会
• [Presentation] 側頭葉底面言語野の機能解剖：皮質電気刺激マッピング結果の統計学的検討 (2021)
  • 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, 髙橋良輔, 宮本享, 池田昭夫
  • Organizer: 第62回日本神経学会学術大会
• [Presentation] 定位的頭蓋内脳波（SEEG）の判読（シンポジウム11：マニアックな脳波判読） (2021)
  • Author(s): 小林勝哉，菊池隆幸，松本理器，國枝武治，池田昭夫
  • Organizer: 第51回日本臨床神経生理学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] 皮質-皮質間誘発電位(CCEP)を用いた術中機能ネットワークモニタリング (2021)
  • Author(s): 山尾幸広，松本理器，菊池隆幸，吉田和道，國枝武治，宮本享
  • Organizer: 第51回日本臨床神経生理学会学術大会
  • Invited
• [Remarks] 神戸大学大学院医学研究科脳神経内科学分野ホームページ
  • URL: https://www.med.kobe-u.ac.jp/sinkei/research/index.html