| 研究課題/領域番号 |
16K01963
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
緒方 勝也 九州大学, 医学研究院, 助教 (50380613)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 経頭蓋磁気刺激 / 脳波 / 時間周波数分析 |
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| 研究実績の概要 |
経頭蓋磁気刺激（TMS）による運動誘発電位（MEP）の振幅は一次運動野（M1）の興奮性の指標として、非侵襲的脳刺激（NIBS）の効果判定に広く使われている。しかし、MEP振幅は変動が大きく、レスポンダーとノンレスポンダーに分かれ、効果判定を困難にしている。我々は脳波-MEP同時計測を行い、TMS直前の脳波の状態でMEP振幅が変化すること（脳波-MEP連関）、更に刺激強度で脳波-MEP連関が変化することを見出した。そこで今回、脳波-MEP連関が刺激を受ける皮質領域の広さによると仮説を立て検証した。
対象は健常成人7名。70 mmと50 mmコイルを用いて、左M1を刺激し、右第一背側骨間筋(FDI)のMEPを計測した。同時に脳波を計測し、ウェーブレット変換を用いて時間周波数解析を行い、パワー値を算出した。TMS直前の脳波パワー値をMEP振幅の高い試行と低い試行(各50回)で比較した。さらにその差がコイルサイズで異なるかどうかを検討した。TMSコイルのハンドル向きは一般的な方法、すなわち矢状線から外側45°後方を向け、皮質内電流が後ろから前に向かう条件をとった。結果として70 mmと50 mmコイルともC3電極のα/βパワー値が高い時に、MEP振幅はより増大した。また、50 mmコイルでよりパワー値の影響が強かった。予備的実験において低刺激強度で観察されたように脳波パワー値が小さい時にMEP振幅が増大することを予想したが、異なる結果となった。したがって50 mmコイルでM1の刺激範囲が狭くなっても、70 mmコイルと同様の脳波-MEP連関を認め、M1の自発α/β振動がMEP振幅を調節することが示された。50 mmコイルでは刺激範囲がよりM1に限局するので、脳波-MEP連関がより明瞭になったと考えられた。
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| 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
28度はTMSにおける脳波、MEPの同時記録の環境を整え、安定した計測を実施できるように改善を行った。TMSは現在まで利用している機器を用いているがより安定して保持ができるようTMSコイルにとりつける補助具を開発した。これにより検者の疲労を緩和し長時間の刺激の際の安定向上を図ることができた。また被験者の頭位保持のサポーターも追加し、計測時の被験者の体動を抑制度が改善した。MEPについては、電極数を2つ追加し母指、小指からも記録を行っている。ターゲットとなるFDIだけでなく周囲筋の応答も同様に変動するが、FDIとは異なる応答性を示す可能性が示された。これは今後より詳細な検討への足がかりとなると考えている。脳波では記録時過去にはテープでTMSコイルと電極間の絶縁を行っていたが、しばしば絶縁が不十分で交流アーチファクトが重畳することがあった。28年度は記録の安定のため頭部を覆うテープの代替となるラップを導入し、頭部全体を覆うことが可能となった。これにより絶縁度が増し、記録中のアーチファクト軽減ができた。またラップを用いることで電極の乾燥が抑えられ、これもアーチファクトの軽減に寄与している。ラップの導入はまた透明な素材で、電極の状態やコイルと頭蓋の位置の確認が容易となり、安定した刺激の補助となっている。脳波解析においてはmatlabを用いた解析を主としているが、近年利用が高まっているpythonも並行して導入し習熟にに努めている。
28年度の結果は運動誘発電位の大きな変動が安静時に生じることが確認され、TMS直前の脳波でMEP振幅の予測の可能性が示された。結果は前年までに得られたものと同様のものが得られ、再現性を示すことができた。一方統計処理で有意差を示すには至っていないため、29年度で改善を図っていく。
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| 今後の研究の推進方策 |
29年度についても引き続き計画に沿った研究を進めていく。
一つはTMSコイルの向きをPA、APで変化させて比較検討する。70 mmコイルのみを用いてコイルの向きを通常の向き (PA)と180°回転させた向き (AP)で比較検討する。PAの条件ではTMSコイルのハンドルが矢状線から外側45°後方を向け、皮質内電流が後ろ（P）から前（A）に向かう。この条件ではI1波が優先的に誘導されるとされる。一方、APではI3波が優先的に誘導される。PAではこれまでの結果と同様C3電極のα-βパワー値が低いときにMEPが誘発されやすいであろう。一方APでは、脳波パワー値が高いときにI3波が誘導されやすいという仮説が正しければ、脳波パワー値が高い試行でMEPが誘発されやすくなると予想される。
TMSタイミングの予想がMEP振幅に与える影響を検討する。TMSのタイミングを被験者に報告させ、実際のTMS時刻からのずれの大きさとMEP振幅との関連を評価する。この時脳波-MEP連関についても計測し解析、検討する。TMSを5-7秒の間隔でランダムに繰り返し、被験者はあと3秒でTMSが来ると予想した時に左手でボタン押しをするように指示を与える。TMSのタイミングはコンピュータでランダムに決めるため、実際にはTMS時刻を正確には予測できず、誤差も試行毎にばらつきが生じる。試行毎にボタン押しの時刻、TMSの時刻、MEPを計測し、TMSの時刻と予想時刻の差、すなわち被験者が予想したTMS時刻からのずれとMEP振幅の関係、脳波パワー値を評価する。
28年度中の刺激強度による差を検討する研究についても更に被験者数を増やすことで統計学的検討を行う。また脳波解析等技術的には改善してきていいるが、まだアーチファクトが多く残存する場合があり、更にアーチファクト除去方法の改善を中心に解析法の検討を進めていく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究計画に従い脳波電極、計算機付属のボード、ハードディスク、学会発表での旅費、被験者謝金など執行を進めた。概ね研究計画に沿って執行することができたが、被験者謝金は比較的少数の被験者計測となり、被験者謝金の執行額は計画より少ない執行額となった。一方計画時に比し得られた研究結果について国際学会で発表するのが有用と考え、国際学会での発表を行うこととなり、その旅費は計画より超過した。被験者謝金と旅費の執行額で概ね相殺した状態と言える。その他計画時に予定していた計算機について他の計画で利用していた計算機を利用することができ、またデータ保存用のハードディスクについても一部他の研究で余ったストレージを利用させてもらうことができた。結果としてそれらの執行額が次年度使用額として残ることとなった。
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| 次年度使用額の使用計画 |
次年度は計画に沿って研究を進めていく。すなわちTMSコイルの向きをPA、APで変化させて比較検討する。70 mmコイルのみを用いてコイルの向きを通常の向き (PA)と180°回転させた向き (AP)で比較検討する。
使用額としては比較的少額であるが、研究計画に比し予備実験を多めに施行見込みである。よって被験者謝金が計画より多く必要となる可能性があり、そこに充当することができる。脳波電極は経年劣化により断線し、補充が不定期に必要となるため、状況によりそこにあてることも考えられる。磁気刺激コイルのコネクタや内部部品の劣化により時に刺激がスムーズに出ないことがあるため、その補修費用の一部として利用を検討している。また現在利用している計算機がやや古いために解析をスムーズに行うには時に難がある。よってその補修にあてる。
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