【研究領域課題番号】20H03794 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

大脳電気刺激 / 迷走神経刺激 / 神経ネットワーク / てんかん / 記憶 / 大脳皮質ネットワーク / 多点脳表脳波 / てんかん外科 / 海馬

【研究成果の概要】

本研究の目的は、大脳への電気刺激や外科的介入がもたらす機能的変化及び形態的変化を明らかにすることである。特に長期刺激や手術後長期の変化を、大脳皮質局所から大脳全体までマルチスケールに捉えることを目標とする。すなわち、(1) ラット迷走神経刺激(VNS)長期刺激モデルを用いた聴覚野皮質と海馬における局所微小ネットワーク特性の変化と形態的変化の検証、(2) ミニブタ脳表電気刺激モデルを用いた脳回単位での多点脳表脳波とfunctional near-infrared cortical imagingによる機能的ネットワーク特性の変化と形態的変化の検証、(3) ヒトてんかん手術およびVNSによる大脳全体のネットワークと形態変化の検証を行う。R2年度の大部分は新型コロナウィルス感染症により研究が停止した。R3年度より実質的に研究を再開した。(1)では成体ラットでまず急性刺激実験を行い、VNSがノルアドレナリン作動性ニューロン及びコリン作動性ニューロンを通じて聴覚野における刺激へのオンセット反応と高周波活動を亢進させることを見出した。誘発電位P1は視床から皮質への出力を、高周波帯域の活動は皮質内を伝播するボトムアップの情報伝達を表しているとされており、VNSがボトムアップ方向の情報処理を高めることが示唆された。さらに長期刺激モデルの準備を進めた。(2)についてはブタ実験のために多施設から共同研究者が集合する必要があったが、残念ながら新型コロナ感染症の影響でブタ実験の継続が困難となった。すでに実験が完了している皮質切開の皮質誘発電位に対する影響についてまとめて論文作成を進めた。(3)については、これまで側頭葉切除や海馬多切術の前後のfMRIによる記憶課題での賦活領域や安静時ネットワークの解析を行い、記憶の一時的障害とその後の回復の背景をなす機能的ネットワーク変化を明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)

【研究分野】脳神経外科学

【研究領域課題番号】17H04305 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

てんかん / 記憶 / 神経ネットワーク / 海馬 / 迷走神経刺激 / 光トポグラフィー / 機能的MRI

【研究成果の概要】

本研究では、てんかんと記憶に関わる大脳ネットワークに対する外科的介入や電気刺激による介入の影響を検討した。モデルはラット、ミニブタ、そしてヒトにおけるてんかん手術を用いた。迷走神経刺激が大脳皮質の各層へ異なる影響を及ぼしていることを見出した。また、脳回と脳溝が発達したブタにおける多点記録システムを確立した。ヒトの記憶について機能障害と機能回復に伴う賦活パターンの変化が手術操作の加わった側頭葉内側に留まらず広範囲であることを見出した。これらの結果は、てんかんや記憶のmodulationに対して、焦点に対するアプローチよりもネットワークに対するアプローチがより有効である可能性を示唆するものである。

【研究の社会的意義】

てんかんに対する新しい手術や電気刺激による介入は、てんかん焦点の単純な切除や抑制ではなく、生理的・病的な機能ネットワークの修飾として作用している可能性が示された。「新しい手術手技や電気刺激は、てんかんや記憶に関するネットワーク全体を変調させることによってその効果を発現している」との仮説に基づいて、その機構を理解し、治療効率を高めることは、革新的治療の開発につながる可能性があり、そのインパクトには計り知れないものがある。特に、本研究のような広帯域の機能的ネットワークに注目した研究は世界でも最先端のもので本邦ではいまだ稀少でその意義は大きい。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)