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Realizing Human Brain Stimulation of Deep Regions Based on Novel Personalized Electrical Computational Modelling

研究課題

研究課題/領域番号 23K25176
補助金の研究課題番号 22H03922 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分90110:生体医工学関連
研究機関千葉大学

研究代表者

ゴメスタメス ホセデビツト  千葉大学, フロンティア医工学センター, 准教授 (60772902)

研究分担者 兪 文偉  千葉大学, フロンティア医工学センター, 教授 (20312390)
大鶴 直史  新潟医療福祉大学, リハビリテーション学部, 教授 (50586542)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2024年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2023年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2022年度: 11,570千円 (直接経費: 8,900千円、間接経費: 2,670千円)
キーワードBrain Stimulation / Neural Engineering / Computational Biophysics / Deep Stimulation / Brain stimulation / Temporal Stimulation / Medical Imaging / Interferential
研究開始時の研究の概要

Brain stimulation is a therapeutic modality that uses electrical stimulation to control/regulate brain functions. There is high interest in targetting deep brain parts as a potential treatment of neurological disorders using non-invasive electrical stimulation. However, deep brain stimulation is difficult without superficial stimulation. A multiscale electrophysiological model is developed to investigate interferential stimulation as a method for achieving focal stimulation together with experimental measurements.

研究実績の概要

We continued the investigation on precise focal deep brain stimulation based on a high-resolution physical model of the human head model for non-invasive brain stimulation. Firstly, the conducted studies demonstrated focal stimulation of deep brain tissues, achieved with reduced co-stimulation through interferential stimulation approach, presenting a marked improvement over conventional methods. Secondly, new insights were gained for deep cortical stimulation of the lower limb during dual-hemisphere stimulation protocol. Finally, progress was made in the development of micro-physical neuron model to investigate further interferential phenomena.

現在までの達成度 (区分)
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

The developed personalized computational physical model for investigating focal and deep brain stimulation characteristics is in place. Simulation and experiments were conducted showing the feasibility of focal and deep stimulation providing a better understanding of the characteristics of the generated electric currents in the brain in terms of focality and depth. The model integrated the micro-physical brain neuron to investigate independent kilohertz stimulation and a combination of two-kilohertz stimulation (i.e., interferential stimulation) for further characterization of deep and focal brain stimulations. Publications in recognized journals and top conferences in the field demonstrate the progress of the work.

今後の研究の推進方策

In FY2024, we will conduct an extended revision of stimulation parameters to optimize individualized-level and population-level focal deep brain stimulation. The multiscale electrophysiological model will undergo further refinement to explore focal and deep stimulation mechanisms, particularly focusing on high-frequency brain modulation. This will be grounded on mechanisms of high-frequency stimulation through experiments on the peripheral nervous system.

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 2件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 9件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] Universidad Nacional de La Plata(アルゼンチン)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] Ghent University(ベルギー)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] Universidad Nacional de La Plata(アルゼンチン)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Ghent University(ベルギー)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Aalto University(フィンランド)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Small effects of electric field on motor cortical excitability following anodal tDCS2024

    • 著者名/発表者名
      Laakso Ilkka、Tani Keisuke、Gomez-Tames Jose、Hirata Akimasa、Tanaka Satoshi
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 27 号: 2 ページ: 108967-108967

    • DOI

      10.1016/j.isci.2024.108967

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Modulation of pain perception through transcranial alternating current stimulation and its nonlinear relationship with the simulated electric field magnitude2024

    • 著者名/発表者名
      Ikarashi H.、Otsuru N.、Gomez‐Tames J.、Hirata A.、Nagasaka K.、Miyaguchi S.、Sakurai N.、Ohno K.、Kodama N.、Onishi H.
    • 雑誌名

      European Journal of Pain

      巻: 2024;00 号: 6 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1002/ejp.2249

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Computation of group-level electric field in lower limb motor area for different tDCS montages2023

    • 著者名/発表者名
      Hamajima Hiroki、Gomez-Tames Jose、Uehara Shintaro、Otaka Yohei、Tanaka Satoshi、Hirata Akimasa
    • 雑誌名

      Clinical Neurophysiology

      巻: 150 ページ: 69-78

    • DOI

      10.1016/j.clinph.2023.03.009

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mapping Brain Motor Functions Using Transcranial Magnetic Stimulation with a Volume Conductor Model and Electrophysiological Experiments2023

    • 著者名/発表者名
      Hikita Keigo、Gomez-Tames Jose、Hirata Akimasa
    • 雑誌名

      Brain Sciences

      巻: 13 号: 1 ページ: 116-116

    • DOI

      10.3390/brainsci13010116

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Electro-Localization Method Using a Muscle Conductive Phantom for Needle Position Detection Towards Medical Training2023

    • 著者名/発表者名
      Jose Gomez-Tames, Wenwei Yu
    • 雑誌名

      Biomedical Physics & Engineering Express

      巻: 9 号: 5 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1088/2057-1976/acf1a6

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of cerebellar transcranial direct current stimulation on upper limb motor function after stroke: study protocol for the pilot of a randomized controlled trial2022

    • 著者名/発表者名
      Yuasa Akiko、Uehara Shintaro、Ushizawa Kazuki、Toyama Takamichi、Gomez-Tames Jose、Hirata Akimasa、Otaka Yohei
    • 雑誌名

      Pilot and Feasibility Studies

      巻: 8 号: 1 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1186/s40814-022-01223-9

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Multisite Brain Mapping via Magnetic Stimulation2024

    • 著者名/発表者名
      Jose Gomez-Tames, Rintaro Aoki, and Wenwei Yu
    • 学会等名
      第26回日本ヒト脳機能マッピング学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Simulation of Magnetic Stimulation Fields On Nervous Tissues2023

    • 著者名/発表者名
      Jose Gomez-Tames and Wenwei Yu
    • 学会等名
      第15回医用生体電磁気学シンポジウムおよびビジネスミーティング
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Cortical Electric Fields Differences in Transcranial Electrical Stimulation Protocols2023

    • 著者名/発表者名
      Kanata Yatsuda, Wenwei Yu Jose Gomez-Tames
    • 学会等名
      URSI GASS 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of a Corticospinal Excitability Model During Non-Invasive Brain Stimulation2023

    • 著者名/発表者名
      Jose Gomez-Tames, Wenwei Yu
    • 学会等名
      URSI GASS 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Identification of optimal transcutaneous electrical stimulation waveforms for pain relief2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Enomoto, E. Oba, A. Garcia Inda, Z. Zhou, R. Qin, N. Imamoglu, J. Gomez-Tames, S. Huang and W. Yu
    • 学会等名
      URSI GASS 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Interpatient Variability and Skull Reflections in Acoustic Radiation Force Simulations for tFUS2023

    • 著者名/発表者名
      Tom Plovie, Thomas Tarnaud, Elena Vicari, Jose Gomez-Tames, Esra Neufeld, Silvestro Micera, Emmeric Tanghe
    • 学会等名
      4th Focused Ultrasound Neuromodulation Conferenc
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 医療トレーニングのための針挿入センシングファントムの開発2023

    • 著者名/発表者名
      Jose Gomez-Tames and Wenwei Yu
    • 学会等名
      COMSOL Conference
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Recent Advances on TMS Orientation Optimizing Based on Individualized Electric Field Analysis2023

    • 著者名/発表者名
      Jose Gomez-Tames
    • 学会等名
      5th International Brain Stimulation Conference
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Inter-individual variability in electric field as a predictor of tDCS response2023

    • 著者名/発表者名
      Ilkka Laakso, Keisuke Tani, Jose Gomez-Tames, Akimasa Hirata, Satoshi Tanaka
    • 学会等名
      5th International Brain Stimulation Conference
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of cortical electrostimulation thresholds in human for uniform magnetic field exposure at intermediate frequencies2022

    • 著者名/発表者名
      Jose Gomez-Tames, Thomas Tarnaud, Akimasa Hirata, Wout Joseph, Emmeric Tanghe
    • 学会等名
      BioEM 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of Stimulation in Different Functional Cerebellum Regions by Transcranial Temporal Interference Stimulation2022

    • 著者名/発表者名
      Yukika Tashiro, Jose Gomez-Tames, Akimasa Hirata
    • 学会等名
      BioEM 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Brain Function Mapping by TMS Combining Computational Dosimetry and Experiments2022

    • 著者名/発表者名
      Keigo Hikita, Jose Gomez-Tames, Akimasa Hirata
    • 学会等名
      BioEM 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] HP

    • URL

      https://www.cfme.chiba-u.jp/~gomez/

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] Center for Frontier Medical Engineering, Chiba U.

    • URL

      https://www.cfme.chiba-u.jp/staff/detail.php?index=gomez

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] PI's Laboratory website

    • URL

      https://www.cfme.chiba-u.jp/~gomez/index.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

URL: 

公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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