New plasticity induction method in human brain

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H05322
• Research Institution: Fukushima Medical University
• Principal Investigator: 宇川 義一 福島県立医科大学, 医学部, 教授 (50168671)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: シナプス可塑性誘導 / バイオマーカー / 磁気刺激 / パーキンソン病 / アルツハイマー病

Outline of Annual Research Achievements

刺激部位のモデルによる検討：人での脳刺激がどのような神経細胞を刺激しているのかは、可塑性誘導機序を考える上でも、今後の治療応用を考える上でも重要な問題である。そこで、工学系の研究者と共同で、刺激部位の推定をモデルで行い、Brain stimulation 誌、Phys Med Biol誌、Biomedical Physics & Engineering Express誌に発表した。従来の刺激電流の大きさに関する考察に加えて、刺激される神経細胞もモデル化することで、実験結果を説明できる知見を得た。また、小脳刺激をしているとされていたコイルの位置で、小脳にどれだけの電流が誘導されているかをモデル化した。
PASプロトコールのタスクへの影響：PAS刺激法は、MEPに長期効果を及ぼす事は証明されていたが、運動タスクに長期効果を誘導するかは知られていなかった。今回、この研究で、PASが運動学週に影響する事を示した。Brain Stimulation 誌に発表した。
聴覚情報と視覚情報の幻覚に関する研究：有名なマガーク効果という視覚聴覚幻覚に関して、刺激を行い、この幻覚に関する機序を解析した。Journal of Neuroscience 誌に発表した。
Caffeineの運動野可塑性に対する影響：QPSによるヒト運動野可塑性誘導に対するcaffeineの影響を正常被検者で検討した。A2Aに対する薬物がパーキンソン病の治療薬として用いられていて、カフェインが同様な効果を有することが判明した。コーヒーを多く摂取するヒトにパーキンソン病が発症しにくいと言う事実を説明できるかもしれない。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Jakrata University(インドネシア)
  • Country Name: INDONESIA
  • Counterpart Institution: Jakrata University
• [Int'l Joint Research] Aalto University(フィンランド)
  • Country Name: FINLAND
  • Counterpart Institution: Aalto University
• [Journal Article] Effect of caffeine on long-term potentiation-like effects induced by quadripulse transcranial magnetic stimulation. (2019)
  • Author(s): Hanajima R, Tanaka N, Tsutsumi R, Shirota Y, Shimizu T, Terao Y, Ugawa Y
  • Journal Title: Exp Brain Res. Volume: 237 Pages: 647-651
  • DOI: 10.1007/s00221-018-5450-9. Epub 2018 Dec 10
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The intensity of continuous theta burst stimulation, but not the waveform used to elicit motor evoked potentials, influences its outcome in the human motor cortex. (2018)
  • Author(s): Sasaki T, Kodama S, Togashi N, Shirota Y, Sugiyama Y, Tokushikge S, Inomata-Terada S, Terao Y, Ugawa Y, Hamada M
  • Journal Title: Brain Stimul. Volume: 11 Pages: 400-410
  • DOI: 10.1016/j.brs.2017.12.003. Epub 2017 Dec 15.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sensory cortex hyperexcitability predicts short survival in amyotrophic lateral sclerosis. (2018)
  • Author(s): Toshio Shimizu, Kota Bokuda, Hideki Kimura, Tsutomu Kamiyama, Yuki Nakayama, Akihiro Kawata, Eiji Isozaki, and Yoshikazu Ugawa
  • Journal Title: Neurology Volume: 90 Pages: e1578-e1587
  • DOI: 10.1212/WNL.0000000000005424. Epub 2018 Mar 30
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Modulation of motor learning by a paired associative stimulation protocol inducing LTD-like effect (2018)
  • Author(s): Sasaki T, Shirota Y, Komada S, Togashi N, Sugiyama Y, Tokushige S, Inomata-Terada S, Terao Y, Ugawa Y, Toda T, Hamada M
  • Journal Title: Brain Stimul Volume: 11 Pages: 1314-1321
  • DOI: 10.1016/j.brs.2018.07.054. Epub 2018 Jul 31
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The motor network reduces multisensory illusory perception. (2018)
  • Author(s): Murakami T, Abe M, Wiratman W, Fujiwara J, Okamoto M, Mizuochi-Endo T, Iwabuchi T, Makuuchi M, Yamashita A, Tiksnadi A, Chang F, Kubo H, Matsuda N, Kobayashi S, Eifuku S, Ugawa Y
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Volume: 24 Pages: 3650-3657
  • DOI: https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.3650-17.2018
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A multi-scale computational approach based on TMS experiments for the assessment of electro-stimulation thresholds of the brain at intermediate frequencies. (2018)
  • Author(s): Soldati, Marco; Mikkonen, Marko; Laakso, Ilkka; Murakami, Takenobu; Ugawa, Yoshikazu; Hirata, Akimasa
  • Journal Title: Phys Med Biol. Volume: 63 Pages: 225006-225006
  • DOI: 10.1088/1361-6560/aae932
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Where and what TMS activates: experiments and modeling (2018)
  • Author(s): Laakso I, Murakami T, Hirata A, Ugawa Y
  • Journal Title: Brain Stimul Volume: 11 Pages: 166-174
  • DOI: 10.1016/j.brs.2017.09.011. Epub 2017 Sep 27.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Differential effects on corticospinal excitability and adaptaion task by parred associative stimualtion (PAS) with disticnt pulse width. (2019)
  • Author(s): Ugawa Y
  • Organizer: 3rd International Brain Stimulation Conference,
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Essentials of Repetitive Transcranial Mgnetic Stimulation. (2018)
  • Author(s): Ugawa Y
  • Organizer: 31st International Congress of Clinical Neurophysiology.
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Structures Activated by TMS and Stimulating Current Direction. Based on Own Human Experimental Data. (2018)
  • Author(s): Ugawa Y
  • Organizer: 31st International Congress of Clinical Neurophysiology.
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Cerebellar inhibition (CBI), Prism adaptation Eye-hand coordination. (2018)
  • Author(s): Ugawa Y
  • Organizer: The 9th International Symposium of the Society for Research on the Cerebellum and Ataxias (SRCA)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) application in Neurological Disorders: Central and Peripheral Disorders. J (2018)
  • Author(s): Ugawa Y
  • Organizer: Japanese Society of Neurology (JSN) and Malaysian Society of Neurosciences (MSN) Joint Sympsium
  • Int'l Joint Research / Invited