運動野に可塑的変化を引き起こす低侵襲性人工皮質間接続の開発

开发可诱导运动皮层塑性变化的微创人工皮质连接

基本信息

批准号：
14J00630
负责人：
武見充晃
金额：
$ 1.22万
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：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度の目標は、（１）一次運動野に活動依存的可塑性を引き起こす人工皮質間接続の開発、（２）人工皮質間接続の適用にともなう運動野の活動変化の解明、であった。人工皮質間接続は、運動野から計測された皮質脳波信号の特徴量に基づいて、任意の皮質脳波電極を介して一次運動野に硬膜外電気刺激をおこなう。この構成要素となる、刺激と記録が可能な多点皮質脳波電極、および記録と刺激が同時にできる実験装置は、年度初頭に使用可能な状態へと整えることができた。しかし、一般的な脳波の振幅や位相の計算アルゴリズム（例：高速フーリエ変換）を用いて神経活動の特徴量を計算すると、大きな時間遅れが生じることがわかり、このままではある脳領域の活動をトリガーにした瞬時脳刺激、という人工皮質間接続の開発要件を満たすことができないことが明らかになった。そこで、音声認識分野で用いられていた計算アルゴリズムを、海外渡航先の研究機関と共同で神経活動推定用に改良し、この時間遅れの問題を解決した。結果、ソフトとハードの両側面で、人工皮質間接続の開発に必要な構成要素を整えることができた。人工皮質間接続の適用にともなう運動野の活動変化の解明は、前述のアルゴリズム開発に時間を要したため、人工皮質間接続を実験動物へと適用するには至らず、達成することができなかった。ただし予備実験として、硬膜外電気刺激を任意の2点に対して常に一定の時間差で与え、その前後での運動野の活動変化を評価した。この2連発刺激は、刺激によって強制的に神経細胞を活動させる点は異なるが、人工皮質間接続と同様に異なる2つの脳領域を同期的に活動させることができる。現在は、この介入前後に計測した脳活動データを解析している。

今年的目标是（1）开发人工皮质连接，诱导初级运动皮层的活动依赖性可塑性，以及（2）阐明与人工皮质连接的应用相关的运动皮层活动的变化。人工皮质连接根据从运动皮质测量到的皮质脑电图信号的特征，通过任意皮质脑电图电极对初级运动皮质进行硬膜外电刺激。这些组件是能够刺激和记录的多点皮质脑电图电极，以及能够同时记录和刺激的实验设备，已在本财年年初准备使用。然而，当使用一般的脑电波幅度和相位计算算法（例如快速傅里叶变换）计算神经活动的特征时，发现出现了很大的时间延迟，从而触发了某个大脑区域的活动的瞬时性。大脑刺激无法满足开发人工皮质连接的要求。因此，我们与海外研究机构合作，通过改进语音识别领域用于神经活动估计的计算算法来解决这个时滞问题。因此，我们能够在软件和硬件方面为人工皮质连接的开发准备必要的组件。由于开发上述算法需要时间，并且不可能将人工皮质连接应用于实验动物，因此无法阐明由于应用人工皮质连接而导致的运动皮层活动变化。然而，作为初步实验，我们以恒定的时间差对任意两点施加硬膜外电刺激，并评估刺激前后运动皮层活动的变化。这两次连续刺激的不同之处在于，刺激迫使神经元激活，但与人工皮质连接类似，它们可以同步激活两个不同的大脑区域。目前，正在分析干预前后测量的大脑活动数据。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Cortical control of object-specific grasp in a New World monkey, the common marmoset

新大陆猴（普通狨猴）的皮质控制特定物体的抓取

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
Banty Tia;Mitsuaki Takemi;Alberto Ansaldo;Elisa Castagnola;Emma Maggiolini;Davide Ricci;Akito Kosugi;Takafumi Nakamura;Junichi Ushiba;Luciano Fadiga;Atsushi Iriki
通讯作者：
Atsushi Iriki