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2022 年度 実施状況報告書

シン磁場刺激を実装したマルチモーダルアプローチによるヒト脳可塑性の解明と応用

研究課題

研究課題/領域番号 21K17671
研究機関新潟医療福祉大学

研究代表者

芝田 純也  新潟医療福祉大学, リハビリテーション学部, 教授 (70844166)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
キーワード脳可塑性 / 非侵襲的脳刺激 / 経頭蓋静磁場刺激 / ニューロモデュレーション
研究実績の概要

経頭蓋静磁場刺激法(tSMS, transcranial static magnetic field stimulation)は、小型で高強度のネオジム永久磁石を頭表に留置し直下の脳皮質を抑制する、安全・安価・簡便な新しい非侵襲的脳刺激法である。研究代表者が開発した3個のネオジム永久磁石を組み合わせたシン磁場刺激は、神経調節に有効な強さの磁場を脳深部領域に形成できない従来のtSMSの欠点を克服した。脳表を刺激する際、シン磁場刺激では磁石を頭表から離すことができ、磁石と頭表の間に検査機器や刺激装置を設置する(マルチモーダル)ことが可能になった。
2021年度は、tSMS中の脳波計測を行い、脳機能の変化をもたらす脳可塑性をオンラインで評価した。正常健常人の一次運動野に対しtSMSを実施し、その介入前と介入中の脳波を計測した。比較対象として、tSMSで用いる磁石と外見・重量が同じ偽刺激用装置によるシャム刺激も同条件で行った。磁石直下の一次運動野で遅い周波数の脳波活動が増大し、また磁石直下の一次運動野と頭頂正中部間の機能的結合が遅い周波数の脳波活動領域において増大することが確認された。これは、tSMSが脳神経細胞の活動のリズムを遅くすることで効果を発揮し、その効果は刺激直下の部位にとどまらず脳内ネットワークを介して遠隔部位に至りうることが考えられた。
2022年度はtSMSと経皮的迷走神経刺激(tVNS)とを組み合わせて複合的な脳可塑性を誘導する実験を行った。正常健常人を対象にまず実刺激あるいはシャム刺激のtVNSを行った後、右一次運動野に対して実刺激のtSMSを行い、右一次運動野の興奮性を評価した。tVNSはtSMSの脳機能抑制を打ち消す所見が得られ、両者を併用することでM1の興奮性を安定化する生理的機構が働いたことが推察された。

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

当初の予定通りtSMSとtVNSを組み合わせたマルチモーダル脳刺激実験を実施し、tSMSとtVNSの組み合わせがもたらす複合的な脳可塑性を評価することができた。

今後の研究の推進方策

tSMSがもたらす神経調節作用の神経生理学的機序はまだ完全には解明されていない。今後はtSMSの神経調節作用と大脳皮質における酸素代謝変化との関係を明らかにする。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Beijing Institute of Technology(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      Beijing Institute of Technology
  • [雑誌論文] 経頭蓋静磁場刺激による脳機能調節2022

    • 著者名/発表者名
      芝田純也
    • 雑誌名

      The Japanese Journal of Rehabilitation Medicine (リハビリテーション医学)

      巻: 59 ページ: 478-483

  • [雑誌論文] Changes in distributed motor network connectivity correlates with functional outcome after surgical resection of brain tumors2022

    • 著者名/発表者名
      Yukihiro Yamao, Nobukatsu Sawamoto, Takeharu Kunieda, Rika Inano, Sumiya Shibata, Takayuki Kikuchi, Yoshiki Arakawa, Kazumichi Yoshida, Riki Matsumoto, Akio Ikeda, Ryosuke Takahashi, Hidenao Fukuyama, Susumu Miyamoto
    • 雑誌名

      Neurosurgery open

      巻: 4 ページ: e00028

    • DOI

      10.1227/neuprac.0000000000000028

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Triple tSMS system (“SHIN jiba”) for non-invasive deep brain stimulation: a validation study in healthy subjects2022

    • 著者名/発表者名
      Sumiya Shibata, Tatsunori Watanabe, Takuya Matsumoto, Keisuke Yunoki, Takayuki Horinouchi, Hikari Kirimoto, Jianxu Zhang, Hen Wang, Jinglong Wu, Hideaki Onishi, Tatsuya Mima
    • 雑誌名

      Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation

      巻: 19 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1186/s12984-022-01110-7

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Very low-frequency transcranial electrical stimulation over the primary motor area can influence the voluntary movement initiation in humans2022

    • 著者名/発表者名
      Sumiya Shibata, Tatsunori Watanabe, Naofumi Otsuru, Hideaki Onishi, Tatsuya Mima
    • 雑誌名

      Brain Stimulation

      巻: 16 ページ: 442-444

    • DOI

      10.1016/j.brs.2023.01.1679

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 経頭蓋静磁場刺激(tSMS, transcranial static magnetic field stimulation)の基礎とその可能性2022

    • 著者名/発表者名
      芝田純也、美馬達哉
    • 学会等名
      第61回日本生体医工学会大会
    • 招待講演
  • [学会発表] A brand-new transcranial static magnetic field stimulation (triple tSMS) of human motor cortex2022

    • 著者名/発表者名
      Sumiya Shibata, Tatsuya Mima, Hideaki Onishi
    • 学会等名
      第45回日本神経科学大会
    • 国際学会
  • [学会発表] シン磁場刺激(triple tSMS)がもたらす皮質内興奮性調節機構への影響2022

    • 著者名/発表者名
      芝田純也、大西秀明、美馬達哉
    • 学会等名
      第16回Motor Control 研究会
  • [学会発表] 運動関連脳電位と随意運動との因果関係-運動関連脳電位を模した経頭蓋電気刺激は随意運動を誘発できるか?-2022

    • 著者名/発表者名
      芝田純也、大鶴直史、大西秀明、美馬達哉
    • 学会等名
      第52回日本臨床神経生理学会学術大会
  • [備考] 【業績】非侵襲的脳深部刺激装置「シン磁場」の開発に成功!

    • URL

      https://www.nuhw.ac.jp/research/2022/11/post-100.html

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公開日: 2023-12-25  

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