脳内ネットワークの機能的結合を選択的に強化する人工皮質間接続法の開発

开发选择性加强大脑网络功能连接的人工皮质连接方法

• 批准号: 15J05875
• 负责人: 小杉 亮人
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J05875/
• 关键词: 一次運動野; 硬膜外皮質刺激; 運動閾値推定; 皮質脳波; 皮質誘発電位; コモンマーモセット; 皮質電気刺激; オペラント運動課題; 皮質微小電気刺激

本研究の目的は、重度脊髄損傷に対するリハビリテーションを指向して、特定の随意運動に関わる神経経路を選択的かつ活動依存的に強化するための人工皮質間接続法を開発することである。本年度の目標は、人工皮質間接続のin vivo実証評価であった。霊長類モデル動物であるコモンマーモセットにおいて運動課題時の頭頂野の脳波を記録し、その活動依存的に運動前野を電気刺激する人工皮質間接続を予定していたが、その効果を検証する評価系の確立に多くの時間を要したため、至適パラメータを見つけるまでに至らず、人工皮質間接続を用いた神経経路の選択的強化を実証することはできなかった。しかし、昨年度までに開発した皮質脳波記録と皮質電気刺激を同時におこなうことが可能な実験系によって多くの知見を得ることができ、その成果について論文投稿並びに学会発表をおこなった。皮質脳波電極と皮質電気刺激を用いて覚醒下マーモセットの一次運動野を再現性よくマッピングするための新規アルゴリズムを考案し、コンピュータシミュレーションとin vivo電気生理実験をもって実現可能性を実証した。また、同様の電極を用いてマーモセットの運動野、体性感覚野から記録した把持到達運動中の皮質脳波から、把持運動を司る皮質内神経機構がマーモセットとマカクザルやヒトとで霊長類の種間差を超え広く維持されていることを明らかにした。さらに、皮質誘発電位、皮質に連発刺激法を用いて運動野内の局所神経回路の機能結合を電気生理学的に評価する方法を開発した。

The purpose of this study is to develop an artificial cortical approach to severe spinal injuries that is directed to specific voluntary motor pathways and activity-dependent enhancement. This year's goal is to evaluate the effectiveness of artificial cortex in vivo. The artificial cortex is indirectly stimulated by electrical stimulation in the motor field when the motor task is recorded, and the motor field is dependent on the motor task. The artificial cortex is indirectly stimulated by electrical stimulation in the motor field. The evaluation system is established. The time is important. The time is appropriate. Artificial cortex is used to enhance the selection of neural pathways. Cortical wave recording and cortical electrical stimulation were developed in the past year. It is possible to obtain more knowledge from the system. It is possible to submit papers and academic reports. Cortical wave electrodes and cortical electrical stimulation are used to demonstrate the reproducibility of primary motor fields and the possibility of electrical stimulation in vivo. The motor field and somatic sensory field of the same type of electrode are recorded to control the cortical wave in the motor field and to control the cortical neural mechanism in the motor field. A method for evaluating the functional integration of neural circuits in the motor field by cortical evoked potentials and cortical continuous stimulation was developed.

项目成果

Characterization of somatosensory and motor cortices in awake common marmosets using carbon nanotube coated ECoG electrodes

使用碳纳米管涂层 ECoG 电极表征清醒的普通狨猴的体感和运动皮层

• 发表时间: 2015
• 作者: Akito Kosugi;Mitsuaki Takemi;Elisa Castagnola;Davide Ricci;Kenta Sato;Takafumi Nakamura;Banty Tia;Kazuhiko Seki;Luciano Fadiga;Atsushi Iriki;Junichi Ushiba
• 通讯作者: Junichi Ushiba

Accurate motor mapping in awake common marmosets using micro-electrocorticographical stimulation and stochastic threshold estimation

• DOI: 10.1088/1741-2552/aab307
• 发表时间: 2018-06-01
• 期刊: JOURNAL OF NEURAL ENGINEERING
• 影响因子: 4
• 作者: Kosugi, Akito;Takemi, Mitsuaki;Ushiba, Junichi
• 通讯作者: Ushiba, Junichi

Characterization of the horizontal cortical connectivity in the primary motor cortex using micro-electrocorticographical stimulation

使用微皮层电刺激表征初级运动皮层的水平皮层连接

• 发表时间: 2017
• 作者: Kosugi Akito;Castagnola Elisa;Carli Stefano;Ricci Davide;Fadiga Luciano;Iriki Atsushi;Ushiba Junichi
• 通讯作者: Ushiba Junichi

Characterization of somatosensory and motor cortices in common marmosets using nanocoated electrocorticographic electrodes

使用纳米涂层皮层电图电极表征常见狨猴的体感和运动皮层

• 发表时间: 2016
• 作者: Akito Kosugi;Mitsuaki Takemi;Elisa Castagnola;Alberto Ansaldo;Davide Ricci;Kenta Sato;Takafumi Nakamura;Banty Tia;Kazuhiko Seki;Luciano Fadiga;Atsushi Iriki;Junichi Ushiba
• 通讯作者: Junichi Ushiba