2018 Fiscal Year Annual Research Report
recording and analysis of neuronal oscillation in humans
Project Area | Non-linear Neuro-oscillology: Towards Integrative Understanding of Human Nature |
Project/Area Number |
15H05874
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Research Institution | Kyoto University |
Principal Investigator |
池田 昭夫 京都大学, 医学研究科, 特定教授 (90212761)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松本 理器 京都大学, 医学研究科, 准教授 (00378754)
長峯 隆 札幌医科大学, 医学部, 教授 (10231490)
小林 勝弘 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 教授 (60273984)
國枝 武治 愛媛大学, 医学系研究科, 教授 (60609931)
菊池 隆幸 京都大学, 医学研究科, 助教 (40625084)
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Project Period (FY) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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Keywords | 脳・神経 / 神経科学 / 脳神経疾患 / 複雑系工学 / てんかん / 能動的DC電位 |
Outline of Annual Research Achievements |
病的大脳皮質領野レベルでは、1)能動的と受動的DC電位の概念を確立して、急性発作と慢性てんかん病態機構の違いを明らかにした、2)DC電位とHFOの相互作用について、患者および動物データで実証した(論文執筆中)。3)てんかん外科標本で、能動的DC電位の発現にアストロサイトのKir4.1の発現低下を世界で初めて明らかにし、グリアの直接関与を示した(国際学会発表、論文執筆中)。4)発作間欠期Red slowの新概念を実証し、発作への遷移解明が進んだ(論文発表済み)。5)開発したDC電位とHFOの相互関連検出プログラムで、記録と解析指針を作成し(論文発表)、多施設共同研究を終了してDC電位の重要性を証明した(国際学会発表、論文執筆中)。6)異なる手法での数理モデル研究がB班との共同研究で進行した(論文執筆中)。 皮質の高周波の振動現象に関して、1)運動関連の皮質脳波の多層的脳律動解析による脳機能マッピング手法を考案した(論文2報発表)。 2) 皮質単発電気刺激の手法を用いて、睡眠期の前頭・頭頂葉間/内における皮質結合性の変化から睡眠の脳内ネッットワーク結合性の動的変化を明らかにした(論文発表)。3) 呼称課題下の皮質脳波の重回帰解析の重み付け情報を用いたコヒーレンス解析により言語ネットワークの結合動態を明らかにした(国際学会発表)。 時相的振動解析から、ヒト脳の発達段階の小児てんかん患者で、専ら頭皮記録の病的HFO検出を継続し、新規手法である頭皮上HFOを用いて、ミオクロニー発作、睡眠中の小児てんかん脳症の病的意義と発作発生機序を明らかにした(論文発表)。 外的な律動制御法として、焦点への皮質電気刺激の臨床応用として、50 Hz電気刺激がてんかん関連の広域周波数帯域脳活動を抑制し、棘波を減らすことを明らかにした(論文執筆中)。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
ニューロンとグリアを主なプレーヤーとした、wide-band EEGを表現型とする大脳において、1Hz未満のDC電位・超低周波活動と150Hz以上のHFOが相互連関して、てんかん発作の過剰異常興奮、正常高次脳機能、発達脳での作動原理の相違と共通性を、実証データとモデル検証の両方法論より明らかにできる状況が整った。具体的には、以下の通りである。 てんかん病態において、急性発作と慢性てんかん発作の発現機構を、1) 能動的および受動的DC電位の概念、2)DC電位とHFOの相互作用とてんかん原性の関連をヒト皮質脳波および動物データについて実証できており、今後論文にまとめていく。3)局所神経回路レベルでは、てんかんモデル動物(常染色体優性外側側頭葉てんかんモデルラット)のてんかん発症過程にはグリア細胞のカリウム緩衝機能の障害があることを免疫組織化学的にも明らかにし論文発表した。4)Red slowの新概念(低周波数と高周波数の振動現象が発作時のみならず発作間欠期においても密接に関わる)を実証でき、発作への遷移解明へ解析が進んだ。 5)B班と共同での数理解析が多方面で進行した。たとえば、病的と生理的振動現象の異周波数間の情報伝達の方向性を明らかにするため、移動エントロピーの解析や、振動子を用いた数理モデル解析を行い、理論データと実データ比較を継続している。発作時の数理モデルの構築が進行した。 時相的な観点から、1)発達段階の小児てんかん患者で、頭皮記録からのHFOの解析をいう新規手法がほぼ確立されたことで、てんかん性脳症のHFOと徐波の位相連関や、発作発生機序との関連を解析した。2) 慢性硬膜下電極記録から、物品・文字の視覚刺激に対して振動現象を記録観察できた。 内的・外的律動制御の作動原理の解明に関しては、50 Hz電気刺激が広周波数帯域の脳活動を抑制することを初めて明らかにできた。
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Strategy for Future Research Activity |
最終年度として、ニューロンとグリアを主なプレーヤーとした、wide-band EEGを表現型とする大脳において、1Hz未満のDC電位・超低周波活動と150Hz以上のHFOが相互連関して、てんかん発作の過剰異常興奮、正常高次脳機能、発達脳での、作動原理の相違と共通性を、実証データとモデル検証の両方法論より、明らかにする。 大脳皮質領野レベルでは、1)発作時の能動的と受動的DC電位を実データとモデル解析の両者からの検証をさらに進める。2)皮質脳波の低周波数と高周波数の振動現象の出現様式・相互作用の観点から、発作間欠期からてんかん発作への遷移の動態をさらに確認する。皮質領域間レベルでは、1)てんかんバイオマーカーとしての刺激誘発性HFOを検証する。2)ヒトてんかん焦点における興奮・抑制変容機構の解明を目指す。B班と連携し、上記の振動現象の数理モデル構築を継続、論文にまとめる。1)てんかん発作時のHFOとDC電位を含めて表現できるモデル方程式を導出し、既に得られた数理マーカー候補の検証を進める。2)高次脳機能遂行下のコヒーレンス解析手法を用いた重回帰解析から機能領域間の結合動態につき症例を蓄積し論文にまとめる 時相的な観点から、1)ヒト脳の発達段階のてんかん性脳症で、頭皮上HFOを主体とし、1)頭蓋内脳波記録のHFOとてんかん性脳症発現機構の関連を解明する。2) 結節性硬化症の病的HFOの年齢的変化と病状の変容の関連から、神経ネットワークを病的HFOが阻害する過程を明らかにする。3)病的HFO発生機構の解明に、イオンチャネルの遺伝子変異モデル動物と神経ネットワークのシミュレーションを用いた研究を継続する。 外的な律動制御に関して、C班と連携し局所とネットワークレベルの生理的および病的振動の変容を、動物記録にて、生理機能(運動やてんかん病態)と関連させて解析する。
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Research Products
(191 results)
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[Journal Article] Interictal Slow and High-Frequency Oscillations: Is it an Epileptic Slow or Red Slow?2019
Author(s)
Inoue T, Inouchi M, Matsuhashi M, Matsumoto R, Hitomi T, Daifu-Kobayashi M, Kobayashi K, Nakatani M, Kanazawa K, Shimotake A, Kikuchi T, Yoshida K, Kunieda T, Miyamoto S, Takahashi R, Ikeda A
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Journal Title
Journal of Clinical Neurophysiology
Volume: 36
Pages: 166-170
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] The neural tides of sleep and consciousness revealed by single-pulse electrical brain stimulation2019
Author(s)
Kiyohide Usami, Anna Korzeniewska, Riki Matsumoto, Katsuya Kobayashi, Takefumi Hitomi, Masao Matsuhashi, Takeharu Kunieda, Nobuhiro Mikuni, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Susumu Miyamoto, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda, Nathan E Crone
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Journal Title
Sleep
Volume: 42
Pages: 1-9
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] A rational, multispectral mapping algorithm for primary motorcortex: A primary step before cortical stimulation2019
Author(s)
Shuichiro Neshige, Katsuya Kobayashi, Masao Matsuhashi, Takefumi Hitomi, Akihiro Shimotake, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Riki Matsumoto, Susumu Miyamoto, Ryosuke Takahashi, Hirofumi Maruyama, Akio Ikeda
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Journal Title
Epilepsia
Volume: 60
Pages: 547-559
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Sleep is associated with reduction of epileptiform discharges in benign adult familial myoclonus epilepsy2018
Author(s)
Takefumi Hitomi, Morito Inouchi, Hirofumi Takeyama, Katsuya Kobayashi, Shamima Sultana, Takeshi Inoue, Yuko Nakayama, Akihiro Shimotake, Masao Matsuhashi, Riki Matsumoto, Kazuo Chin, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda
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Journal Title
Epilepsy & Behavior Case Reports
Volume: 11
Pages: 18-21
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Multi-component intrinsic brain activities as a safe alternative to cortical stimulation for sensori-motor mapping in neurosurgery2018
Author(s)
Shuichiro Neshige, Masao Matsuhashi, Katsuya Kobayashi, Takeyo Sakurai, Akihiro Shimotake,Takefumi Hitomi, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda,Riki Matsumoto, Ryosuke Takahashi, Susumu Miyamoto, Hirofumi Maruyama, Masayasu Matsumoto, Akio Ikeda
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Journal Title
Clinical Neurophysiology
Volume: 129
Pages: 2038-2048
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Short “Infraslow” Activity (SISA) With Burst Suppression in Acute Anoxic Encephalopathy: A Rare, Specific Ominous Sign With Acute Posthypoxic Myoclonus or Acute Symptomatic Seizures2018
Author(s)
Masaya Togo, Takefumi Hitomi, Tomohiko Murai, Hajime Yoshimura, Masao Matsuhashi, Riki Matsumoto, Michi Kawamoto, Nobuo Kohara, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda
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Journal Title
Journal of Clinical Neurophysiology
Volume: 35
Pages: 496-503
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Antiepileptic Drugs Elevate Astrocytic Kir4.1 Expression in the Rat Limbic Region.2018
Author(s)
Takahiro Mukai, Masato Kinboshi, Yuki Nagao, Saki Shimizu, Asuka Ono, Yoshihisa Sakagami, Aoi Okuda, Megumi Fujimoto, Hidefumi Ito, Akio Ikeda, Yukihiro Ohno
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Journal Title
Frontiers in Pharmacology
Volume: 9
Pages: 845
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Do scalp-recorded slow potentials during neuro-feedback training reflect the cortical activity?2018
Author(s)
Tomoyuki Fumuro, Masao Matsuhashi, Riki Matsumoto, Kiyohide Usami, Akihiro Shimotake, Takeharu Kunieda, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Ryosuke Takahashi, Susumu Miyamoto, Akio Ikeda
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Journal Title
Clinical Neurophysiology
Volume: 129
Pages: 1884-1890
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Interhemispheric Asymmetry of Network Connecting Between Frontal andTemporoparietal Cortices: A Corticocortical-Evoked Potential Study2018
Author(s)
Aya Kanno, Rei Enatsu, Satoshi Ookawa, Shouhei Noshiro, Shunya Ohtaki, Kengo Suzuki, Yuto Suzuki,Rintaro Yokoyama, Satoko Ochi, Yukinori Akiyama, Takeshi Mikami, Takuro Nakae, Takayuki Kikuchi,Takeharu Kunieda, Susumu Miyamoto, Riki Matsumoto, Nobuhiro Mikuni
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Journal Title
World Neurosurgery
Volume: 120
Pages: e628-e636
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Progressive Restrictive Ventilatory Impairment in Idiopathic Diffuse Pulmonary Ossification2018
Author(s)
Hidemasa Matsuo, Tomohiro Handa, Michiko Tsuchiya, Takeshi Kubo, Akihiko Yoshizawa, Yuko Nakayama, Shuichi Shiga, Takefumi Hitomi, Souichi Adachi, Hiroshi Date, Toyohiro Hirai, Satoshi Ichiyama
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Journal Title
Internal Medicine
Volume: 57
Pages: 1631-1636
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] アンカーボルトを用いた定位的深部電極挿入術(stereotactic EEG insertion)の初期経験?課題の抽出と挿入精度向上の検討.2018
Author(s)
稲田拓, 菊池隆幸, 小林勝哉, 中江卓郎, 西田誠, 高橋由紀, 小林環, 永井靖識, 松本直樹, 下竹昭寛, 山尾幸広, 吉田和道, 國枝武治, 松本理器, 池田昭夫, 宮本享
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Journal Title
脳神経外科
Volume: 46
Pages: 917-924
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] 自己免疫性てんかんにおける診断アルゴリズムの提唱とその有用性の予備的検討.2018
Author(s)
坂本光弘, 松本理器, 十川純平, 端祐一郎, 武山博文, 小林勝哉, 下竹昭寛, 近藤誉之, 髙橋良輔, 池田昭夫,
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Journal Title
臨床神経学
Volume: 58
Pages: 609-616
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] てんかん病診連携システムから見えるてんかん診療のニーズ~大学病院てんかん専門外来でのサンプル調査~2018
Author(s)
谷岡洸介, 人見健文, 佐藤和明, 音成秀一郎, 塚田剛史, 藤井大樹, 井上岳司, 吉村元, 小林勝哉, 下竹昭寛, 松本理器, 高橋良輔, 池田昭夫,
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Journal Title
てんかん研究
Volume: 35
Pages: 684-692
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Ictal direct current (DC) shifts can be classified with 2 patterns: Comparison of ictal DC shifts between time constant 10 sec and 2 sec: attempt of classification with cluster analysis.2019
Author(s)
Shunsuke Kajikawa, Masao Matsuhashi, Katsuya Kobayashi, Takefumi Hitomi, Masako Daifu, Yukihiro Yamao, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Takao Namiki, Ichiro Tsuda, Riki Matumoto, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda
Organizer
American Clinical Neuophysiology Society, 2019 Annual Meeting and Courses
Int'l Joint Research
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[Presentation] The role of the insula in Sense of Agency: supportive data from neurosurgical cases2018
Author(s)
Tamaki Kobayashi, Riki Matsumoto, Akihiro Shimotake, Masaya Togo, Yoshiki Arakawa, Yukihiro Yamao, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Akio Ikeda, Shiro Yano, Takaki Maeda, Hiroshi Imamizu, Susumu Miyamoto
Organizer
16th Asian Oceanian Congress Of Neurology
Int'l Joint Research
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[Presentation] Short “infraslow” activity with burst suppression in acute anoxic encephalopathy: a rare, specific ominous sign with acute post-hypoxic myoclonus or acute symptomatic seizure2018
Author(s)
Masaya Togo, Takehumi Hitomi, Tomohiko Murai, Hajime Yoshimura, Masao Matsuhashi, Riki Matsumoto*, Michi Kawamoto, Nobuyuki Kohara, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda
Organizer
the 12th Asian&Oseanian Epilepsy Congress
Int'l Joint Research
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[Presentation] Clinico- electrophysiological impacts of small dosage of perampanel on patients with refractory cortical myoclonus: a case series study2018
Author(s)
Shuichiro Neshige, Kazuki Oi, Katsuya Kobayashi, Takefumi Hitomi, Akihiro Shimotake, Daiki Fujii, Riki Matsumoto*, Shuhei Kasama, Masutaro Kanda, Yoshiaki Wada, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda.
Organizer
the 12th Asian&Oseanian Epilepsy Congress
Int'l Joint Research
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[Presentation] Rational cortical mapping algorithm for epilepsy surgery: non-stimuli, multi-intrinsic brain activities without cortical stimulation2018
Author(s)
Shuichiro Neshige, Katsuya Kobayashi, Masao Matsuhashi, Akihiro Shimotake, Takehumi Hitomi, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Riki Matsumoto*, Ryosuke Takahashi, Susumu Miyamoto, Hirofumi Maruyama, Akio Ikeda.
Organizer
the 12th Asian&Oseanian Epilepsy Congress
Int'l Joint Research
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[Presentation] Ictal direct current shifts can be intracranially recorded even with time constant 2 seconds2018
Author(s)
Shunsuke Kajikawa, Katsuya Kobayashi, Masako Daifu, Masao Matsuhashi, Takefumi Hitomi, Yukihiro Yamao, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Riki Matumoto*, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda
Organizer
the 12th Asian&Oseanian Epilepsy Congress
Int'l Joint Research
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[Presentation] Diagnosis of dementia and subtype classification by digital EEG: is it also endorsed by automatic EEG analysis?2018
Author(s)
Kei Sato, Takehumi Hitomi, Masao Matsuhashi, Katsuya Kobayashi, Akihiro Shimotake, Akira Kuzuya, Ayae Kinoshita, Riki Matsumoto*, Hiroshi Shibasaki, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda
Organizer
31st International Congress of Clinical Neurophysiology
Int'l Joint Research
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[Presentation] Revised Diagonositc algorithm for autoimmune epilepsy without antibody testing: its proposal and validation with a restrospective cohort2018
Author(s)
Mitsuhiro Sakamoto, Riki Matsumoto*, Junpei Togawa, Hirohumi Takeyama, Yuichiro Hashi, Katsuya Kobayashi, Akihiro Shimotake, Frank Leypoldt, Klaus- Peter Wandinger, Takayuki Kondo, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda
Organizer
16th Asian Oceanian Congress Of Neurology
Int'l Joint Research
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[Presentation] Human medial parietal cortices have distinct connectivity patterns: Evidence from standardized connectivity map using cortico-cortical evoked potential2018
Author(s)
Masaya Togo, Riki Matsumoto*, Takuro Nakae, Hirohumi Takeyama, Katsuya Kobayashi, Kiyohide Usami, Akihiro Shimotake, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Susumu Miyamoto, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda
Organizer
第41回神経科学大会
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[Presentation] Ictal direct current shifts with time constant ( TC ) 2 seconds and its comparison with TC 10 seconds: invasive EEG data from intractable human epilepsy2018
Author(s)
Shunsuke Kajikawa, Katsuya Kobayashi, Masako Daifu, Masao Matsuhashi, Takefumi Hitomi, Yukihiro Yamao, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Riki Matumoto*, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda
Organizer
第41回神経科学大会
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[Presentation] Ictal direct current shifts can be intracranially recorded even with time constant 2 seconds2018
Author(s)
Shunsuke Kajikawa, Katsuya Kobayashi, Masako Daifu, Masao Matsuhashi, Takefumi Hitomi, Yukihiro Yamao, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Riki Matumoto*, Ryosuke Takahashi,
Organizer
第59回日本神経学会学術大会
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[Presentation] Electrocorticography-based non-primary motor area mapping comparable with cortical stimulation2018
Author(s)
Shuichiro Neshige, Katsuya Kobayashi, Masao Matsuhashi, Akihiro Shimotake, Takehumi Hitomi, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Riki Matsumoto*, Ryosuke Takahashi, Susumu Miyamoto, Hirofumi Maruyama, Akio Ikeda
Organizer
第59回日本神経学会学術大会
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[Presentation] Compensation of semantic memory after dominant anterior temporal lobe resection in epilepsy surgery2018
Author(s)
Makiko Ota, Akihiro Shimotake, Riki Matsumoto*, Mitsuhiro Sakamoto, Masako Daifu, Takuro Nakae, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Susumu Miyamoto, Ryosuke Takahashi, Matthew Lambon Ralph, Akio Ikeda
Organizer
第41回日本神経科学大会?
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[Presentation] Changes in human brain network connectivity during sleep and wakefulness ? a study of neural propagation evoked by single-pulse electrical stimulation2018
Author(s)
Kiyohide Usami, Anna Korzeniewska, Riki Matsumoto*, Takefumi Hitomi, Kunieda Takeharu, Nobuhiro Mikuni, Katsuya Kobayashi, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Susumu Miyamoto, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda, and Nathan E. Crone
Organizer
31st International Congress of Clinical Neurophysiology
Int'l Joint Research
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[Presentation] Double dissociation of the semantic and phonological processing in reading Kanji and Kana words - A quantitative low-intensity cortical stimulation study2018
Author(s)
Masako Daifu, Riki Matsumoto, Akihiro Shimotake1), Makiko Ota, Mitsuhiro Sakamoto, Katsuya Kobayashi, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Ryosuke Takahashi, Matthew A. Lambon Ralph, Akio Ikeda
Organizer
The 41th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
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[Presentation] Compensation of semantic memory after dominant anterior temporal lobe resection in epilepsy surgery2018
Author(s)
Makiko Ota, Akihiro Shimotake, Riki Matsumoto, Mitsuhiro Sakamoto, Masako Daifu, Takuro Nakae, Takayuki. Kikuchi Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Susumu Miyamoto, Ryosuke Takahashi, Matthew A. Lambon Ralph, Akio Ikeda
Organizer
第59回日本神経学会学術大会
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[Presentation] Very small dose of perampanel improved refractory cortical myoclonus2018
Author(s)
Kazuki Oi, Katsuya Kobayashi, Takefumi Hitomi, Akihiro Shimotake, Shuichiro Neshige, Daiki Fujii, Riki Matsumoto, Shuhei Kasama, Masutaro Kanda, Yohiaki Wada, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda,
Organizer
第59回日本神経学会学術大会
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[Presentation] Underlying excitability at the focus modulates network dynamics of seizure propagation: a single-pulse electrical stimulation study time-locked to spike and post-spike slow.2018
Author(s)
Katsuya Kobayashi, Riki Matsumoto, Kiyohide Usami, Akihiro Shimotake, Masao Matsuhashi, Yukihiro Yamao, Takayuki Kikuchi, Kazumichi Yoshida, Takeharu Kunieda, Ryosuke Takahashi, Akio Ikeda.
Organizer
American Epilepsy Society (AES) 2018 Annual Meeting
Int'l Joint Research
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