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。

本研究的目的是开发一种人工皮质连接方法，选择性地、依赖于活动地加强参与特定随意运动的神经通路，以实现严重脊髓损伤的康复。今年的目标是人工皮质连接的体内演示评估。我们计划创建一种人工皮质连接，记录普通狨猴（一种灵长类模型动物）运动任务期间顶叶皮质的脑电波，并根据活动对运动前皮层进行电刺激，因为需要很长时间才能完成。建立最佳参数后，不可能证明使用人工皮质连接选择性增强神经通路。然而，我们利用去年开发的实验系统获得了很多知识，该系统可以同时记录皮质脑电图和皮质电刺激，并且我们已经提交了论文并在学术会议上展示了结果。我们设计了一种新算法，使用皮层脑电图电极和皮层电刺激可重复地绘制清醒狨猴的初级运动皮层图，并通过计算机模拟和体内电生理实验证明了其可行性。此外，使用类似的电极从狨猴的运动皮层和体感皮层记录的抓握运动期间的皮层脑电波表明，狨猴、猕猴和人类之间控制抓握运动的皮质内神经机制是不同的，并且已被揭示，它被广泛维持，超越了差异。 。此外，我们开发了一种使用皮层诱发电位和皮层连续刺激来电生理学评估运动皮层内局部神经回路功能连接的方法。

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

Istituto Italiano di Tecnologia(イタリア)

意大利理工学院（意大利）

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

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

使用微皮层电刺激和随机阈值估计在清醒的普通狨猴中进行准确的运动映射

• DOI: 10.1088/1741-2552/aab307
• 发表时间: 2018
• 影响因子: 4
• 作者: Kosugi Akito;Takemi Mitsuaki;Tia Banty;Castagnola Elisa;Ansaldo Alberto;Sato Kenta;Awiszus Friedemann;Seki Kazuhiko;Ricci Davide;Fadiga Luciano;Iriki Atsushi;Ushiba Junichi
• 通讯作者: Ushiba Junichi

Cortical control of object-specific grasp relies on adjustments of both activity and effective connectivity: a common marmoset study

对特定物体抓取的皮层控制依赖于活动和有效连接的调整：一项常见的狨猴研究

• DOI: 10.1113/jp274629
• 发表时间: 2017
• 作者: Tia Banty;Takemi Mitsuaki;Kosugi Akito;Castagnola Elisa;Ansaldo Alberto;Takafumi Nakamura;Ricci Davide;Ushiba Junichi;Fadiga Luciano;Iriki Atsushi
• 通讯作者: Iriki Atsushi