側頭葉における漢字処理の機能解剖連関の解明

• 研究課題/領域番号: 22K07537
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分52020:神経内科学関連
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 下竹 昭寛 京都大学, 医学研究科, 助教 (80726000)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 漢字 / 側頭葉 / 皮質脳波 / 機能結合 / 機能可塑性

研究開始時の研究の概要

日本語は形態素文字の漢字と音節文字の仮名が併存する特異な言語で、脳内での機能部位は脳損傷研究を中心に研究されるが、詳細な機能野の分布は明らかではない。漢字の処理の中心である側頭葉内にてんかん外科術前評価に硬膜下電極を留置した患者において漢字の読字書字に関連した課題下で事象関連電位測定と皮質電気刺激介入による精神物理的評価を行う。また電気的白質線維追跡を用い関連する領野間の脳機能結合地図を作成する。術前後の経時的神経心理検査と切除病変との対応から機能回復の変容・機能可塑性を解明する。漢字読字・書字機能システムマッピングから、側頭葉内の文字の処理（視覚・意味・音韻）に関わる機能解剖連関を解明する

研究実績の概要

本研究は、漢字の読字・書字の機能に着目し、関連するとされる側頭葉内腹側部との対応の解明のため研究を推進した。術前評価に硬膜下電極を慢性留置した難治てんかん外科患者で研究に同意を得た者を対象とした。呼称課題の皮質脳波記録から、意味処理に関連した側頭葉・後方領域での情報処理の方向が生物・非生物で異なることを発表した（論文発表）。呼称課題脳波記録を用いた新たなデコーディング解析(Representational similarity learning)により側頭葉前方領域の意味処理機能の重要性を発表した(論文発表)。漢字読みに関連する類義語判断課題を用いた皮質脳波記録により側頭葉前方領域の意味処理機能の重要性を明らかにした（国内学会発表）。漢字処理に関連して意味判断課題を用いた皮質脳波解析により側頭葉前方領域内での意味処理の機構の一部を発表した（国内学会発表）。側頭葉内の記憶に関係する機能解剖についてFDG-PETによる解析にて明らかにした（国内学会発表）。SALA失語症検査をもとに作成した漢字・仮名の読み課題下の高頻度皮質電気刺激介入による言語優位半球側頭葉の底部の前後方向の機能勾配について発表した（論文投稿準備中）。関連する領野間の脳機能結合地図の作成のため、電気的白質線維追跡法（皮質皮質間誘発電位 CCEP）によるネットワークマッピングの症例を解析した。難治側頭葉てんかん患者11例において、側頭葉前方領域の切除前・後 1週間、1か月、6か月、1年と経時的な漢字読字・書字を含む神経心理課題を行い、正答率およびエラー内容の検討し、特に漢字の書字・読字は側頭葉前方領域の意味記憶に基づくことを明らかにし、論文準備を進めている。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

以下の研究3項目A-Cを目的にかかげ研究を推進した。
A. 漢字の読字・書字の脳内領野の必須機能部位同定:：硬膜下電極留置の患者において、SALA失語症検査をもとに作成した漢字・仮名の読み課題下の高頻度皮質電気刺激介入による言語優位半球側頭葉の底部の前後方向の機能勾配について論文準備中である。漢字読みに関連する類義語判断課題と意味判断課題を用いた皮質脳波記録により側頭葉前方領域の意味処理機能の重要性を明らかにし、国内学会にて発表した。呼称課題下の皮質脳波データのデコーディング解析により、側頭葉前方領域の意味処理における重要性を論文発表した。
B. 関連領野間の機能的結合地図作成：漢字の読字・書字に関連する皮質間の機能的結合の結合地図作成を推進し、症例を蓄積している。言語優位側の側頭葉後方領域の底部と外側部の生物・非生物に関係する機能的結合について論文発表した。
C. 漢字読字・書字関連機能の回復機構・脳機能可塑性の解明：漢字の読字・書字機能について、難治性側頭葉てんかん外科術後に経時的(1週間、1か月、6か月、1年)に評価を行い、回復の変容・脳機能可塑性について、研究を推進した。てんかん外科症例の前部側頭葉切除前後における漢字の書字・読字関連の脳機能含む意味記憶の機能代償機構について論文準備を進めている。
研究計画の上記3研究項目それぞれで、研究実績に具体的に示したように、研究計画にそって、症例蓄積およびデータ解析、学会発表を順次行っている。

今後の研究の推進方策

電気生理学的手法を中心に神経機能画像、神経心理学的手法を組み合わせ日本人特有の漢字読字・書字の側頭葉内の処理機構の共通性・差異を、読み機能システムの探索から解明する。以下の研究3項目A-Cを目的にかかげ研究を引き続き推進する。
A. 漢字の読字・書字の脳内領野の必須機能部位同定：頭蓋内電極留置の側頭葉てんかん患者において、漢字の読字・書字、日本語文章読みの課題を新規作成・施行する。課題中の①皮質脳波律動を直接記録し、誘発反応を認める電極の探索から機能関連領野を同定、②高頻度皮質電気刺激による詳細な機能評価を行う。皮質電気刺激介入では課題遂行を精神物理的評価（正答率・反応時間・エラー内容）による定量的解析を行う。事象関連誘発電位は、加算波形解析、認知関連の高周波γ活動解析に加え、デコーディング手法を用いて脳活動と相関する漢字・仮名読み機能構成要素を推定する。電極留置中のビデオ記録からの日常の読字・書字動作時の脳波律動を用いる自然行動解析を進める。
B. 関連領野間の機能的結合地図作成：各種皮質活動が計測された皮質に低頻度皮質刺激(1Hz)を与え、皮質間伝播を介した誘発電位（CCEP）の隣接・遠隔皮質の分布から、側頭葉内の関連領野間、特に底面・外側との機能的結合を明らかにし、機能野結合地図を優れた空間解像度で同定する。
C. 漢字読字・書字関連機能の回復機構・脳機能可塑性の解明：側頭葉てんかん外科術前・術後において、神経心理課題、術後に経時的に定量評価し、機能回復の変容・脳機能可塑性までを明らかにする。術前・術後において、神経心理課題、解剖的MRIを行い、側頭葉の切除皮質の脳機能を推定する。術後経時的に評価を行い、機能回復の変容・脳機能可塑性を明らかにする。得られた電気生理学的・神経画像的結果は標準脳座標上へco-registrationして集約、データを統合し可視化する。

研究成果

• [国際共同研究] MRC Cognition and Brain Sciences Unit(英国)
• [国際共同研究] MRC Cognition and Brain Sciences Unit(英国)
• [雑誌論文] Specific consistency score for rational selection of epilepsy resection surgery candidates (2024)
  • 著者名/発表者名: Tojima Maya,Shimotake Akihiro,Neshige Shuichiro,Okada Tadashi,Kobayashi Katsuya,Usami Kiyohide,Matsuhashi Masao,Honda Masayuki,Takeyama Hirofumi,Hitomi Takefumi,Yoshida Takeshi,Yokoyama Atsushi,Fushimi Yasutaka,Ueno Tsukasa,Yamao Yukihiro,Kikuchi Takayuki,Namiki Takao,Arakawa Yoshiki,Takahashi Ryosuke,Ikeda Akio
  • 雑誌名: Epilepsia 巻: 65 号: 5 ページ: 1322-1332
  • DOI: 10.1111/epi.17945
  • 査読あり
• [雑誌論文] Representational similarity learning reveals a graded multi-dimensional semantic space in the human anterior temporal cortex (2024)
  • 著者名/発表者名: C.R. Cox, T.T. Rogers, Shimotake A, Kikuchi T, Kunieda T, Miyamoto S, Takahashi R, Matsumoto R, A. Ikeda A , M.A. Lambon Ralph.
  • 雑誌名: Imaging Neuroscience 巻: 2 ページ: 1-22
  • DOI: 10.1162/imag_a_00093
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The dynamics of cortical interactions in visual recognition of object category: living versus nonliving (2022)
  • 著者名/発表者名: Kiyohide Usami, Riki Matsumoto, Anna Korzeniewska, Akihiro Shimotake, Masao Matsuhashi, Takuro Nakae, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Ryosuke Takahashi, Nathan E Crone, Akio Ikeda
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 巻: Online ahead of print 号: 9 ページ: 5740-5750
  • DOI: 10.1093/cercor/bhac456
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Distinct connectivity patterns in human medial parietal cortices: evidence from standardized connectivity map using cortico-cortical evoked potential (2022)
  • 著者名/発表者名: Masaya Togo, Riki Matsumoto, Kiyohide Usami, Katsuya Kobayashi, Hirofumi Takeyama, Takuro Nakae, Akihiro Shimotake, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Masao Matsuhashi, Takeharu Kunieda, Susumu Miyamoto, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda
  • 雑誌名: Neuroimage 巻: Online ahead of print. ページ: 119639-119639
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2022.119639
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Secondary motor areas for response inhibition: an epicortical recording and stimulation study (2022)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Takeyama, Riki Matsumoto, Kiyohide Usami, Takuro Nakae, Akihiro Shimotake, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Susumu Miyamoto, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda
  • 雑誌名: Brain Commun 巻: 4 号: 4
  • DOI: 10.1093/braincomms/fcac204
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ステレオ脳波(SEEG)による，非言語性意味判断課題における両側半球のカテゴリー特異的脳活動の記録 (2024)
  • 著者名/発表者名: 田村 優, 下竹 昭寛, 安達 智美, 小林 勝哉, 宇佐美 清英, 山尾 幸広, 菊池 隆幸, 松橋 眞生, 國枝 武治, 荒川 芳輝, 高橋 良輔, Matthew Lambon-Ralph, 松本 理器, 池田 昭夫
  • 学会等名: 第26回日本ヒト脳機能マッピング学会
• [学会発表] Correlation between memory function and glucose metabolism in temporal lobe epilepsy (2023)
  • 著者名/発表者名: Naoya Mimura, Akihiro Shimotake, Maya Tojima, Junpei Togawa, Mitsuhiro Sakamoto, Tomohiko Murai, Yasutaka Fsuhimi, Tomohisa Okada, Atsuhi Shima, Nobukatsu Sawamoto, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda
  • 学会等名: 第64回日本神経学会学術総会
• [学会発表] 皮質脳波解析を用いた意味処理機能マッピング (2023)
  • 著者名/発表者名: 菅原 諒子, 下竹 昭寛, 菊池 隆幸, 松橋 眞生, 池田 昭夫, 髙橋 良輔
  • 学会等名: 第64回日本神経学会学術総会
• [学会発表] 意味判断課題中の皮質脳波の時間周波数変化による意味処理機能マッピング (2023)
  • 著者名/発表者名: 安達 智美, 下竹 昭寛, 菅原 諒子, 小林 勝哉, 宇佐美 清英, 山尾 幸広, 菊池 隆幸, 松橋 眞生, 国枝 武治, 荒川 芳輝, 松本 利器, Matthew Lambon-Ralph, 高橋 良輔, 池田 昭夫
  • 学会等名: 第56回日本てんかん学会学術集会
• [学会発表] てんかん外科治療適応を評価する Specific Consistency Score: 非内側側頭葉てんかんにおける有用性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 戸島 麻耶, 下竹 昭寛, 音成 秀一郎, 小林 勝哉, 宇佐美 清英, 十川 純平, 松橋 眞生, 吉田 健司, 伏見 育崇, 植野 司, 山尾 幸広, 菊池 隆幸, 髙橋 良輔, 池田 昭夫
  • 学会等名: 第56回日本てんかん学会学術集会
• [学会発表] 内側側頭葉切除術後の難治てんかんに対してSEEGを施行した1例（ワークショップ2） (2023)
  • 著者名/発表者名: 小林勝哉、菊池隆幸、下竹昭寛、山尾幸広、松橋眞生、池田昭夫
  • 学会等名: 第53回日本臨床神経生理学会学術大会
• [学会発表] SEEGケーススタディ 脳神経内科医の立場から (2023)
  • 著者名/発表者名: 下竹 昭寛, 小林勝哉, 宇佐美清英, 山尾幸広,菊池隆幸, 松橋眞生, 池田昭夫
  • 学会等名: 第53回日本臨床神経生理学会学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] てんかん外科の術前脳内電極脳波解析：臨床・教育・研究への相補的独立的アプローチの模索, (2023)
  • 著者名/発表者名: 下竹 昭寛, 小林勝哉, 宇佐美清英, 十川純平, 山尾幸広, 菊池隆幸, 松橋眞生, 高橋良輔, 池田昭夫,
  • 学会等名: 第53回日本臨床神経生理学会学術大会
• [学会発表] Mapping for semantic processing in the ventral anterior temporal lobe (2023)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Shimotake, Katsuya Kobayashi, Kiyohide Usami, Yukihiro Yamao, Takayuki Kikuchi, Masao Matsuhashi,Takeharu Kunieda4, Yoshiki Arakawa, Ryosuke Takahashi, Matthew Lambon-Ralph, Riki Matsumoto ,Akio Ikeda
  • 学会等名: 第56回日本てんかん学会学術集会
• [学会発表] 一側の側頭葉てんかん患者の徐波睡眠期脳波における徐波活動の電極間コヒーレンスの側方性：焦点側同定への試み (2022)
  • 著者名/発表者名: 十川 純平, 松橋 眞生, 宇佐美 清英, 小林 勝哉, 下竹 昭寛, 尾谷 真弓, 戸島 麻耶, 人見 健文, 髙橋 良輔, 池田 昭夫
  • 学会等名: 第52回日本臨床神経生理学会学術大会
• [学会発表] 従来の定位手術手技によるSEEG留置 ロボットを用いた手技との共通点と相違点 (2022)
  • 著者名/発表者名: 菊池隆幸，山尾幸広，小林勝哉，稲田拓，下竹昭寛，松本理器，國枝武治，池田昭夫，宮本享
  • 学会等名: 第52回日本臨床神経生理学会学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] Triangulating the neural cornerstones of reading: Within-participant contrastive dissociations induced by direct cortical stimulation (2022)
  • 著者名/発表者名: Masako Daifu-Kobayashi, Riki Matsumoto, Akihiro Shimotake, Makiko Ota, Mitsuhiro Sakamoto, Katsuya Kobayashi, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Susumu Miyamoto, Ryosuke Takahashi, Matthew A. Lambon Ralph, Akio Ikeda
  • 学会等名: American Epilepsy Society 2022 Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 皮質皮質間誘発電位 (CCEP) のN2電位は安静時fMRI機能的結合性と相関する: Human Connectome Project (HCP) データベースとの比較研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 十河正弥, 林拓也, 麻生俊彦, 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, 松本理器, 池田昭夫
  • 学会等名: 第52回日本臨床神経生理学会学術大会
• [学会発表] てんかん外科治療適応の効率的スコアの試み：特異度重視の簡便合意的なSpecific Consistency Score (SCS) (2022)
  • 著者名/発表者名: 戸島 麻耶, 下竹 昭寛, 音成 秀一郎, 岡田 直, 小林 勝哉, 宇佐美 清英, 松橋 眞生, 吉田 健司, 伏見 育崇, 山尾 幸広, 菊池 隆幸, 吉田 和道, 行木 孝夫, 松本 理器, 國枝 武治, 髙橋 良輔, 宮本 享, 池田 昭夫
  • 学会等名: 第18回日本てんかん学会近畿地方会
• [学会発表] Specific Consistency Score (SCS) for epilepsy surgery candidates (2022)
  • 著者名/発表者名: Maya Tojima, Akihiro Shimotake, Shuichiro Neshige, Tadashi Okada, Katsuya Kobayashi, Kiyohide Usami, Masao Matsuhashi, Takeshi Yoshida, Yasutaka Fushimi, Yukihiro Yamao, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takao Namiki, Riki Matsumoto, Takeharu Kunieda, Ryosuke Takahashi, Susumu Miyamoto, Akio Ikeda
  • 学会等名: 16th Asian Epilepsy Surgery Congress
  • 国際学会
• [学会発表] Specific Consistency Score (SCS) for epilepsy surgery candidates: Approaches for a simple and useful score for indicating epilepsy surgery (2022)
  • 著者名/発表者名: Maya Tojima, Akihiro Shimotake, Shuichiro Neshige, Tadashi Okada, Katsuya Kobayashi, Kiyohide Usami, Masao Matsuhashi, Takeshi Yoshida, Yasutaka Fushimi, Yukihiro Yamao, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takao Namiki, Riki Matsumoto, Takeharu Kunieda, Ryosuke Takahashi, Susumu Miyamoto, Akio Ikeda
  • 学会等名: 14th Asian and Oceanian Epilepsy Congress
  • 国際学会
• [学会発表] 類義語判断課題による側頭葉前方底部の意味処理機能マッピング (2022)
  • 著者名/発表者名: 下竹 昭寛, 小林 勝哉, 宇佐美 清英, 山尾 幸広, 菊池 隆幸3), 松橋 眞生, 國枝 武治, 髙橋 良輔, 松本 理器, 池田 昭夫
  • 学会等名: 第52回日本臨床神経生理学会学術大会
• [学会発表] 教育講演14 脳波の基礎 (2022)
  • 著者名/発表者名: 下竹 昭寛
  • 学会等名: 第52回日本臨床神経生理学会学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] 側頭葉てんかん患者における記憶機能の18F-FDG-PETによる解剖学的検討 (2022)
  • 著者名/発表者名: 三村 直哉, 下竹 昭寛, 戸島 麻耶, 十川 純平, 坂本 光弘, 村井 智彦, 伏見 育崇, 岡田 知久, 島 淳, 澤本 伸克, 髙橋 良輔 池田 昭夫
  • 学会等名: 第52回日本臨床神経生理学会学術大会
• [学会発表] 自然動作下でのスマートフォン操作時における皮質脳波解析を用いた言語マッピング (2022)
  • 著者名/発表者名: 高村伶, 中江幹, 岡田直，下竹昭寛，松橋眞生, 池田昭夫 高橋良輔
  • 学会等名: 第63回日本神経学会学術大会
• [学会発表] Human grid electrode ECoG reveals that local neural activity in anterior temporal cortex expresses semantic information (2022)
  • 著者名/発表者名: Saskia L. Frisby, Ajay D.Halai, Christopher R.Cox, Alex Clarke, Akihiro Shimotake, Takayuki Kikuchi, Takeharu Kuneida, Susumu Miyamoto, Ryosuke Takahashi, Riki Matsumoto, Akio Ikeda, Matthew A.Lambon Ralph, Timothy T.Rogers
  • 学会等名: the Fourteenth Annual Meeting of Society for the Neurobiology of Language (SNL 2022)
  • 国際学会