未来の脳科学に挑戦 する学生を歓迎します 臨床神経生理 飛松省三 連絡先 092-642-5541(Tel) tobi@neurophy.med.kyushu-u.ac.jp

臨床神経生理学とは？ 1)非侵襲的脳機能計測法による正常人の 感覚系,運動系,高次脳機能の機序解明 2)神経疾患の病態や診断・治療法確立へ の貢献 3)動物疾患モデルにおける脳神経疾患の 病態,病因,診断・治療法の実験的研究

なぜヒトの脳機能研究か？ ヒトの大脳皮質は高度に発達!! チンパンジーとヒトのゲノムの差:1.23%！

研究のキーワード Neuroscience 神経科学 研究テーマ例(研究費参照) ・Clinical(臨床) ・Systems(システム) ・Cognitive(認知) ・Developmental(発達) Neuroscience 神経科学 研究テーマ例(研究費参照) ・高次視覚認知調節機構 　　　1. 顔・表情認知　 　　　2. 運動認知(共同運動) 　　　3．漢字・仮名処理 ・脳仮想病変による脳機能可塑性 ・時間認知機構(脳の中の時計)

脳機能: 役割分担, ネットワーク処理 複数のモダリティによるアプローチ必要

頭を開けずに脳を見る, 測る, 探る！ 電磁気生理学的方法 脳機能イメージング 128ch 脳波計 16ch 誘発脳波計 306ch 脳磁計 機能的MRI 48ch 光トポ 脳機能イメージング

脳機能研究: 場所と時間を決める 脳波・誘発電位 位置の精度(mm) ポジトロンCT 機能的MRI 脳磁図 時間の精度(秒) SPECT 10 SPECT 脳波・誘発電位 8 6 ポジトロンCT 位置の精度(mm) 機能的MRI 脳磁図 4 CT(コンピュータ断層撮影) 2 MRI(磁気共鳴画像) 0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 10000 時間の精度(秒)

128chセンサーネット電極 による高次脳機能解析 PET,fMRI,NIRS,MEGなどの普及により脳波を用いた脳機能の研究は、かつての栄光の座から姿を消しつつあるが、高時間分解能やコスト面から考えた場合に捨てがたい手法でもある。1993年にTuckerらが開発したGeodesic Sensor Netにより脳波がこの分野で再び研究手法の対象になることを可能にした。人間の脳波をより忠実に測定するためにはデータのサンプリングにおけるナイキスト法則を満足しなければならない、時間的サンプリングはA/Dコンバータのサンプリング周波数で決定できるが、空間的サンプリングは電極の数に依存する。Srinivasan（1995年）は空間的ナイキストを満足するには128chの電極が必要と報告している。128個の電極を被験者に装着するにはペーストを用いて個々に装着したのでは多くの時間と被験者への負担が多く、さらにキャップ式電極を用いた場合でも、電極抵抗を下げるために皮膚に傷をつけるという衛生上の問題を抱えながら行わなければならなかった。 Tuckerらの開発したSensor Net電極は皮膚を傷つけることなく、129個の電極を僅か１０分で装着でき、しかも電極インピーダンスが50K－100KΩでも脳波をひずみ無く計測できるもので、被験者への負担も無くまた新生児など今まで不可能であった対象への脳波記録が可能になった。さらに時間的・空間的分解能が向上したことでマッピング解析やソース解析の信頼性が向上し、脳波が研究手法として再び注目をあびる可能性が出てきた。

誘発電位による感覚機能探索 誘発電位波形の記録 体性感覚(電気) 聴覚(音) 視覚(パターン) 接地電極 16ch 誘発脳波計

磁気刺激による運動系探索 単発刺激 反復刺激 2発刺激

脳磁図による脳機能探索 超伝導 極微弱脳磁場 (地磁気の1億分の1) 脳の小人 (ホムンクルス)

機能的MRIによる基底核運動回路の可視化 (酸化ヘモグロビンの変動) 感覚運動野 補足運動野 感覚運動野 補足運動野 運動前野 被殻 感覚運動野 被殻 視床 Positive Negative 0.7 〜 1.0 -0.7 〜 -1.0 0.4 〜 0.6 -0.4 〜 -0.6 径路係数 視床 0.1 〜 0.3 -0.1 〜 -0.3 左手の複雑運動 0.1 〜 -0.1

研究テーマ例(研究費参照) ・高次視覚認知調節機構 1. 顔・表情認知 2. 運動認知(共同運動) 3．漢字・仮名処理 　・高次視覚認知調節機構 　　　1. 顔・表情認知　 　　　2. 運動認知(共同運動) 　　　3．漢字・仮名処理 　・脳仮想病変による脳機能可塑性 　・時間認知機構(脳の中の時計) 顔認知の神経機構 Nat Neurosci, 2003 顔の同定(小細胞系, 紡錘状回(V4)) 表情認知(大細胞系, 扁桃体) 広帯域 空間周波数 高空間周波数 　　輪郭 (小細胞系) 低空間周波数 　　全体 (大細胞系) 並列的視覚情報処理: ‘What’ and ‘Where’ 運動認知の神経機構 Exp Brain Res, 2003 背側-背側系(V6→SPL) 　行為のオンライン制御 腹側-背側系(V5→MST, IPL, SPL) 　 空間認知, 行為の理解 大細胞系: 運動, 立体視, 粗い形態 頭頂葉後部 後頭葉 V1 V5 頭頂葉 外側膝状体 下側頭葉 小細胞系: 色覚, 細かい形態(顔,文字)

競争的外部資金獲得状況 1) 科学技術振興機構 社会技術教育研究 (脳科学と教育) 平成16〜21年度 1) 科学技術振興機構　社会技術教育研究 (脳科学と教育) 平成16〜21年度 　 社会性の発達メカニズムの解明：自閉症スペクトラムと定型発達のコホート研究　 3) 文科省科研費萌芽研究　平成18〜20年度 漢字・仮名処理の脳内基盤の解明 4) 文科省科研費基盤研究B　平成19〜21年度 脳の中の時計: 時間知覚の神経基盤 5) 文科省科研費萌芽研究　平成20〜22年度 聴覚の時計と視覚の時計の相互交渉場面を探る 6) 厚労省科研費　平成18〜21年度 双極性障害の神経生理・画像・分子遺伝学的研究 7) 厚労省科研費　平成20〜22年度 反復磁気刺激によるパーキンソン病治療の確立 8) 九大P&P　平成19〜20年度 デジタルブレイン研究・教育拠点 9) ERATO 合原複雑数理モデルプロジェクト　2003年11月〜2008年10月 脳の動的情報処理原理の解明

主な研究業績(過去5年) 1. Nakashima T et al: Electrophy-siol-ogical evidence for sequential discrimination of positive and negative facial expressions. Clin Neurophysiol. In press. 2. Tsurusawa R et al: Different perceptual sensitivities for Chernoff’s face between children and adults. Neurosci Res, 60 (2): 176-183, 2008. 3. Taniwaki T et al: Age-related alterations of the functional interaction within the basal ganglia 　and cerebellar motor loops in vivo. Neuroimage, 36:1263-1276, 2007. 4. Tashiro K et al: Repetitive transcranial magnetic stimulation alters optic flow perception. Neuroreport, 18:229-33, 2007. 5. Tobimatsu S, Celesia GG: Studies of human visual pathophysiology with visual evoked potentials. Clin Neurophysiol, 117: 1414-1433, 2006. 6. Taniwaki T et al: Functional network of the basal ganglia and cerebellar motor loops in vivo: Different activation patterns between self-initiated and externally-triggered movements. Neuroimage, 31:745-753, 2006. 7. Tobimatsu S: Visual evoked magnetic fields and magnetic stimulation of visual cortex. In: Celesia GG (ed), Disorders of Visual Processing, Handbook of Clinical Neurophysiology, Vol 5, Elsevier, p.143-166, 2005. 8. Goto Y et al: Familiarity facilitates the cortico-cortical processing of face perception. Neuroreport, 16: 1329-1334, 2005. 9. Maekawa T et al: Functional characterization of mismatch negativity to a visual stimulus. Clin Neurophysiol, 116:2392-2402, 2005. 10. Yamaasaki T et al : Left hemisphere specialization for rapid temporal processing: A study with auditory 40 Hz steady-state responses. Clin Neurophysiol,116:393-400, 2005.