皮質内微小電極を用いた大脳機能カラム直接刺激による人工視覚再建

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14657342
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 加藤 天美 大阪大学, 医学系研究科, 助教授 (00233776)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐々木 仁 大阪大学, 医学系研究科, 助手 (40104236) ; 吉峰 俊樹 大阪大学, 医学系研究科, 教授 (00201046) ; 齋藤 洋一 大阪大学, 医学系研究科, 講師 (20252661)
• Keywords: 人工視覚 / 視覚再生 / 行動学的定量評価 / 皮質内電極 / 神経カラム / コルティカルインプラント

Research Abstract

全盲ラット動物モデルにおいて皮質内電気刺激による変化を行動学的に解析した。行動の定量化にはvideo motion analysisを用いた。円形のオープンフィールドに正常ラットを移し、種々の環境光下でその行動を定量的に解析した。その結果、光の強度に依存して,逡巡行動、探索行動、周回行動それぞれにおいて明るさが250luxで抑制されることが判明した。これらのラットの視神経を経前頭法で両側切断、全盲動物モデルを作成し、両側の一次視覚野と感覚運動野に定位的に皮質内電極を挿入した。電極先端は皮質カラムの第4層にあたるようにした。電極はラット頭蓋に装着したソケットより、種々の条件で電気刺激を加えることができるようにした。このような動物を行動学的に解析したところ、暗環境下の正常動物と同様の行動がみられた。ついで、電極あたり100-500μA、3-60Hzの条件を試みた。500μA、3Hzの感覚運動野刺激では、その行動抑制は認められなかった。しかし、同じ条件で、一次視覚野を刺激すると行動抑制が認められた。これは視覚が得られたのと同様の反応である。さらに、これが視覚特異的なものかどうかを検索するため、光刺激を条件刺激、電気ショックを無条件刺激とした白色ノイズに対するfear potentiationの有無を定量化することにより検討した。これは条件刺激が満たされたときに無条件刺激によって惹起されたfear potentiationが無条件刺激が無いときにも認められるという現象を利用しており、条件刺激に対する特異性に優れた実験行動学的手法である。この結果、皮質内電気刺激が視覚特異的行動変化を引き起こすことが証明された。今後、より複雑な人工視覚反応を形成できるよう電極や刺激方法を発展させたい。

Research Products

• [Publications] Kato A: "Meningioma arising from the trigeminal nerve : a case report and literature review."J Neuro Oncol. (in press). (2004)
• [Publications] Saitoh Y: "Activation of contralateral thalamus of a thalamic pain patient after successful motor cortex stimulation."J Neurosurg. (in press). (2004)
• [Publications] Taniguchi M: "Cerebral motor control in patients with gliomas around the central sulcus studied with spatially filtered magnetoencephalography."J Neurol Neurosurg Psychiat. 75. 466-471 (2004)
• [Publications] Kato A: "Application of synthetic aperture magnetometry for epilepsy surgery"Seishin Shinkeigaku Zasshi. 105(4). 425-432 (2003)
• [Publications] Kato A: "Discrimination of movements by analyzing electrocorticograms from the sensorimotor cortex."Muscle Nerve. 12(suppl). S86 (2003)
• [Publications] Baba T: "Magnetoencephalography and electrocorticography for detection of event related desynchronization around sensorimotor area."Muscle Nerve. 12(suppl). S34 (2003)
• [Publications] Hirata M: "Determination of language dominance using synthetic aperture magnetometry"Muscle Nerve. 12(suppl). S84 (2003)
• [Publications] Saitoh Y: "Primary motor cortex stimulation within the central sulcus for treating deafferentation pain."Acta Neurochir. 87(suppl). 149-152 (2003)
• [Publications] Saitoh Y: "Gene therapy for ischemic brain diseases."Curr Gene Ther. 3(1). 49-58 (2003)
• [Publications] Kato A: "Endoscopically aided retroperitoneal placement of a lumboperitoneal shunt. Technical note."J Neurosurg. 98(2). 430-433 (2003)
• [Publications] Ihara A: "Neuromagnetic gamma-band activity in the primary and secondary somatosensory areas."Neuroreport. 14(2). 273-277 (2003)
• [Publications] Kato A: "Gamma-band desynchronization in language areas reflects syntactic process of words."Neurosci Lett. 339(2). 135-138 (2003)
• [Publications] Kato A: "Stereotactic radiofrequency ablation for sessile hypothalamic hamartoma with an image fusion technique"Acta Neurochir (Wien). 145(8). 697-700 (2003)
• [Publications] 加藤天美: "人工視覚インプラント"Clinical Neuroscience. 21(8). 960-961 (2003)
• [Publications] 齋藤洋一: "求心路遮断痛に対する大脳一次運動野刺激術"機能的脳神経外科. 42. 36-38 (2003)
• [Publications] 齋藤洋一: "難治性疼痛に対する脳皮質刺激療法"脳神経外科速報. 13. 206-208 (2003)
• [Publications] Kato A: "Artificial vision for the blind by electrical stimulation of visual cortex"Restrative Neurol Neurosci. 19. 263-273 (2003)
• [Publications] 加藤天美: "脳磁図(MEG)による脳機能の評価機能・代謝画像診断法と分子画像"南山堂. 340(83-88) (2003)
• [Publications] Kato A: "Recent Advances in Human Brain MApping"Elsevier, Amsterdam. 934(303-310) (2002)