2015 Fiscal Year Annual Research Report
ヒト脳内身体表現の直接記録・刺激介入を用いた神経機構と変容の解明
Publicly Offered Research
| Project Area | Understanding brain plasticity on body representations to promote their adaptive functions |
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| Project/Area Number |
15H01664
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
松本 理器 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (00378754)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 道具使用 / 皮質間結合 / 皮質電気刺激 / トラクトグラフィー / てんかん外科 / 皮質皮質間誘発電位 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
難治部分てんかんの外科治療には、てんかん焦点の切除と同時に焦点周囲の脳機能の温存が大切であり、病態による機能可塑性を加味した包括的な脳機能マッピングが必要となる。てんかん焦点が機能野近傍に位置する場合や非侵襲的検索では焦点の同定が難しい場合、硬膜下電極の慢性留置による侵襲的術前評価を行う。皮質電気刺激の手法は、脳機能マッピングの中核検査として位置づけられている。slow dynamicsによる脳機能可塑性（代償機構）がみられた慢性期での評価となる病巣研究とは対照的に、刺激介入による効果は一過性（～5秒）で限局性（1x1~2 cm）であり、代償機転を伴わないfast dynamicsによる障害（変容）が評価できる。
言語優位半球の外側前頭葉・頭頂葉に電極留置した難治部分てんかん患者で同意が得られた5名を対象として、道具使用にかかわる左前頭葉・頭頂葉ネットワークの同定、fast dynamicsによる変容の解明をめざした。定性的な高頻度皮質電気刺激の手法を用いて、高次運動課題中に下頭頂葉に介入した。道具使用パントマイムの課題遂行障害が見られた電極は、縁上回前方領域に集族した（PF野）。刺激効果は選択的で、道具の呼称、実際の道具使用、親指と人差し指の反復運動、到達運動では障害は誘発されなかった。低頻度皮質電気刺激(1 Hz)を用いた電気的線維追跡法(CCEP)により、同部位は腹側前頭前野（中心前溝周囲）と結合し、道具使用にかかわる行為関連ネットワークを形成していた。解剖学的には、確率論的トラクトグラフィーの検討から、上縦束第３枝を介していた。一方、腹側運動前野の高頻度皮質電気刺激の症状は、頭頂葉と異なり、親指と人差し指の反復運動が停止するといった陰性運動反応がみられ、行為関連ネットワーク内の腹側運動前野と下頭頂小葉の2領域で機能的相違が示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
申請時の研究計画に予定していた、高・低頻度の皮質電気刺激研究から、道具使用にかかわる左前頭葉・頭頂葉ネットワークを同定し、ヒトではじめて、ネットワーク内の機能分担をfast dynamicsによる変容の観点から明らかにすることができた（国際学会発表、論文準備中）。同時にCCEPの手法で、脳内身体表現の礎となる、背側前頭葉・頭頂葉間の皮質間結合の同定に着手できた（国内学会発表）。
今年度後半から、これらの高次運動課題下の脳活動（広帯域脳律動）の計測をはじめ、低頻度（ネットワーク）・高頻度（fast dynamics）皮質刺激の結果との照合から、行為の企図・遂行にかかわる脳内身体表現マーカーの同定に着手した。また、本年度後期に導入した3次元モーションキャプチャーシステムを用いて、介入時の運動制御の変容（fast dynamics）の定量的評価を開始できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、高・低頻度の皮質電気刺激研究から、道具使用にかかわる左前頭葉・頭頂葉ネットワークを同定し、fast dynamicsによる変容を明らかにした。皮質皮質間誘発電位(CCEP)を用いて、脳内身体表現の礎となる、背側前頭葉・頭頂葉間の皮質間結合の同定に着手した。次年度は、臨床神経科学（術前脳機能評価や術後代償機転解明）へのフィードバックを視野に入れ、
１）3次元モーションキャプチャーを用いた、急性介入（単一ないし複数領域）による行為ネットワークのfast dynamicsによる変容の定量的評価
２）対象症例を蓄積し、低頻度（ネットワーク）・高頻度皮質刺激（fast dynamics）の結果との照合から、道具使用をはじめとした様々な行為にかかわる脳内身体表現マーカーの同定、を推し進め、
３）A01-1, A02-1班と連携を密にとり、「右」前頭葉・頭頂葉ネットワークが担う運動主体感・身体意識・自己意識にかかわる脳内身体表現マーカーの同定、fast dynamicsによる変容の解明、および脳病態・脳切除によるslow dynamicsへの遷移に焦点をあてて、共同研究を推進する。
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Research Products
(60 results)
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[Journal Article] Network specific change in white matter integrity in mesial temporal lobe epilepsy2016
Author(s)
Imamura H, Matsumoto R, Takaya S, Nakagawa T, Shimotake A, Kikuchi T, Sawamoto N, Kunieda T, Mikuni N, Miyamoto S, Fukuyama H, Takahashi R, Ikeda A
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Journal Title
Epilepsy Res
Volume: 120
Pages: 65-72
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Different Mode of Afferents Determines the Frequency Range of High Frequency Activities in the Human Brain: Direct Electrocorticographic Comparison between Peripheral Nerve and Direct Cortical Stimulation2015
Author(s)
Kobayashi K, Matsumoto R, Matsuhashi M, Usami K, Shimotake A, Kunieda T, Kikuchi T, Mikuni N, Miyamoto S, Fukuyama H, Takahashi R, Ikeda A
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Journal Title
PLoS One
Volume: 10 (6)
Pages: e0130461
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Sleep modulates cortical connectivity and excitability in humans: Direct evidence from neural activity induced by single-pulse electrical stimulation2015
Author(s)
Usami K, Matsumoto R, Kobayashi K, Hitomi T, Shimotake A, Kikuchi T, Matsuhashi M, Kunieda T, Mikuni N, Miyamoto S, Fukuyama H, Takahashi R, Ikeda A
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Journal Title
Hum Brain Mapp
Volume: 36(119
Pages: 4714-4729
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Direct exploration of the role of the ventral anterior temporal lobe in semantic memory: Cortical stimulation and local field potential evidence from subdural grid electrodes2015
Author(s)
Shimotake A, Matsumoto R, Ueno T, Kunieda T, Saito S, Hoffman P, Kikuchi T, Fukuyama H, Miyamoto S, Takahashi R, Ikeda A, Lambon-Ralph MA
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Journal Title
Cereb Cortex
Volume: 25
Pages: 3802-3817
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Neural correlates of mirth and laughter: a direct electrical cortical stimulation study2015
Author(s)
Yamao Y, Matsumoto R, Kunieda T, Shibata S, Shimotake A, Kikuchi T, Satow T, Mikuni N, Fukuyama H, Ikeda A, Miyamoto S
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Journal Title
Cortex
Volume: 66
Pages: 134-140
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Proceedings of the Seventh International Workshop on Advances in Electrocorticography2015
Author(s)
Ritaccio A, Matsumoto R, Morrell M, Kamada K, Koubeissi M, Poeppel D, Lachaux JP, Yanagisawa Y, Hirata M, Guger C, Schalk G
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Journal Title
Epilepsy Behav
Volume: 51
Pages: 312-320
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Network hyperexcitability in a patient with partial reading epilepsy: Converging evidence from magnetoencephalography, diffusion tractography, and functional magnetic resonance imaging2015
Author(s)
Fumuro T, Matsumoto R, Shimotake A, Matsuhashi M, Inouchi M, Urayama S, Sawamoto N, Fukuyama H, Takahashi R, Ikeda A
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Journal Title
Clin Neurophysiol
Volume: 126(4)
Pages: 675-681
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Possible induction of multiple seizure foci due to parietal tumour and anti-NMDAR antibody2015
Author(s)
Matsumoto R, Mikuni N, Tanaka K, Usami K, Fukao K, Kunieda T, Takahashi Y, Miyamoto S, Fukuyama H, Takahashi R, Ikeda A
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Journal Title
Epileptic Disord
Volume: 17(1)
Pages: 89-94
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Intracranially recorded ictal DC shifts and HFOs as surrogate markers of epileptogenicity in human focal epilepsy2016
Author(s)
Daifu M, Inouchi M, Kanazawa K, Matsuhashi M, Inoue T, Kobayashi K, Shimotake A, Hitomi T, Matsumoto R, Kunieda T, Miyamoto S, Takahashi R, Ikeda A
Organizer
2nd International workshop on High Frequency Oscillations in Epilepsy
Place of Presentation
Freiburg, Germany
Year and Date
2016-03-10 – 2016-03-12
Int'l Joint Research
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[Presentation] Functional connectivity of the human entorhinal cortex: a cortico-cortical evoked potential study2015
Author(s)
Takeyama, H、 Matsumoto, R、 Kobayashi, K、 Usami, K、 Shimotake, A、 Kikuchi, T、 Kunieda, T、 Miyamoto, S、 Takahashi, R、 Ikeda, A
Organizer
第49回日本てんかん学会学術集会
Place of Presentation
長崎
Year and Date
2015-10-31 – 2015-10-31
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[Presentation] Co-occurrence of slow shifts and high frequency oscillations(HFOs) in invasively recorded, interictal state: Is it called 'Red slow'?2015
Author(s)
Daifu M, Inouchi M, Inoue T, Kanazawa K, Matsuhashi M, Kobayashi K, Shimotake A, Hitomi T, Matsumoto R, Kunieda T, Miyamoto S, Takahashi, R, Ikeda, A
Organizer
第49回日本てんかん学会学術集会
Place of Presentation
長崎
Year and Date
2015-10-30 – 2015-10-31
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[Presentation] Status epilepticus in the elderly in the super-aging society: clinical and EEG features and prognostic factors2015
Author(s)
Yoshimura H, Matsumoto R, Ishii J, Kono T, Hoshi T, Todo K, Kawamoto M, Ariyoshi K, Ikeda A, Kohara N
Organizer
31st International Epilepsy Congress
Place of Presentation
Istanbul, Turkey
Year and Date
2015-09-05 – 2015-09-09
Int'l Joint Research
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[Presentation] Clinical implications of intraoperative CCEP monitoring in evaluating the white matter functional integrity of the dorsal language network2015
Author(s)
Matsumoto R, Yamao Y, Kunieda T, Arakawa Y, Shimotake A, Kikuchi T, Shibata S, Inano R, Sawamoto N, Ikeda A, Mikuni N, Miyamoto S
Organizer
第38回日本神経科学大会
Place of Presentation
神戸
Year and Date
2015-07-28 – 2015-07-31
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[Presentation] Importance of very low frequency EEG to evaluate VNS therapy of epilepsy2015
Author(s)
Borgil B, Matsuhashi M, Nakano N, Iida K, Katagiri M, Shimotake A, Matsumoto R, Fumuro T, Kunieda T, Kato A, Takahashi R, Ikeda A
Organizer
第56回日本神経学会学術大会
Place of Presentation
新潟
Year and Date
2015-05-21 – 2015-05-24
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